Ambrósio era, na verdade, gaulês, descendente de gregos como se pode inferir de seu nome e do de seu irmão, Urânio Sátiro. Nasceu em Tréveris (atual Trier, na Alemanha), onde seu pai exercia alta função na administração do Império Romano. Depois de residir em Roma por muito tempo, onde se encontrava entre as mais ricas e nobres famílias, seu pai foi posto por Constantino I à frente da prefeitura da Gália.

Seu pai teria falecido logo após seu nascimento. Sua mãe, então, retornou a Roma com os três filhos: Marcelina, Sátiro e Ambrósio. Em Roma, recebeu a formação dos nobres romanos, estudando gramática, literatura grega e romana, retórica e direito. Não lhe faltaram ainda a frequência ao circo e ao teatro. Ao lado dessa formação, recebeu, também, educação religiosa, destinada aos catecúmenos, ministrada pelo sacerdote Simpliciano, futuro sucessor de Ambrósio na sede de Milão. A influência deste sacerdote sobre Ambrósio foi tão marcante que santo Agostinho o chamava de "pai do bispo Ambrósio, segundo a graça".

Terminados os estudos, partiu para Sirmium, onde iniciou, com seu irmão, a carreira de advogado do tribunal da prefeitura. Sexto Petrônio Probo, prefeito do pretório, o nomeou, em 370, membro de seu conselho, e depois de alguns anos, consularis, isto é, governador da província da Emília e Ligúria, com sede em Milão. Na época, Milão era a segunda cidade da Itália, encruzilhada dos caminhos para a Gália e Constantinopla.