Bùi Thị Xuân là con của Bùi Đắc Chí, gọi Bùi Đắc Tuyên bằng chú, người thôn Xuân Hòa, một thôn nằm về phía đông Phú Phong (nay thuộc thôn Phú Xuân, xã Bình Phú, huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định).
Sinh trưởng trong một gia đình khá giả, Bùi Thị Xuân sớm được học văn và học võ. Tương truyền bà vừa có sức mạnh vừa có sắc đẹp, nữ công khéo, chữ viết đẹp, nhưng thích làm con trai, thích múa kiếm đi quyền. Nghe kể chuyện bà Trưng bà Triệu cỡi voi đánh giặc, Bùi Thị Xuân náo nức muốn được theo gương bà Triệu bà Trưng. Còn những chuyện Tô Tiểu Muội cùng chồng xướng họa, chuyện bà Mạnh Quang cử án tề mi thì Bùi Thị Xuân cho là nhảm nhí. Lúc nhỏ đi học thường mặc áo con trai. Lớn lên tự chế kiểu áo các nữ hiệp vẽ trong sách mà mặc.
Năm 12 tuổi, Bùi Thị Xuân đến trường học chữ. Bị đùa cợt, Bùi Thị Xuân cả thẹn, vung quyền đánh vào mặt hai người sanh sự rồi trở về nhà. Từ ấy bỏ học chữ, ở nhà chuyên học võ.
Từ khi bỏ học văn thì đêm đêm có một lão bà đến dạy. Dạy từ đầu hôm đến gà gáy lần thứ nhất thì bà lão lui gót. Không ai hiểu lai lịch ra sao. Suốt ba năm trời, trừ những khi mưa gió, đêm nào bà lão cũng đến cũng đi đúng giờ giấc. Dạy quyền, dạy song kiếm. Rồi dạy cách nhảy cao nhảy xa. Nhảy cao thì cột hai bao cát nơi chân mà nhảy, ban đầu bao nhỏ rồi đổi bao to dần, cuối cùng mới nhảy chân không. Còn nhảy xa thì ban đầu dùng sào, sau dùng tre tươi ngoài bụi, níu đọt uốn cong xuống thấp rồi nương theo sức bung của cây mà nhảy. Đêm học ngày tập, đến 15 tuổi thì tài nghệ đã điêu luyện. Theo cụ Bùi Sơn Nhi ở Xuân Hòa thì đó là bà cao tổ của ông Hương mục Ngạc, một võ sư trứ danh ở An Vinh thời Pháp thuộc.
Sau khi luyện tập võ nghệ thuần thục, Bùi Thị Xuân bèn rủ một số chị em khác trong vùng đến nhà mình luyện quyền múa kiếm. Đệ tử của bà ban đầu còn ít, dần dần lên đến vài chục người. Tài nghệ đã tinh mà cách đối xử, cách dạy dỗ lại đứng đắn nên Bùi Thị Xuân được chị em kính yêu, quý trọng. Trong số đệ tử xuất sắc có bà Bùi Thị Nhạn.
Năm 1771, Bùi Thị Xuân lúc 20 tuổi đã dùng kiếm để giải nguy cho Trần Quang Diệu khi vị tráng sĩ này bị một con hổ dữ tấn công. Và cũng từ lần gặp này mà hai người trở thành vợ chồng khi ông Diệu đến ở nhà người con gái Xuân Hòa để trị thương, rồi cùng nhau về tòng quân dưới ngọn cờ Tây Sơn ở chiến khu Phú Lạc.
