Ursula von der Leyen fréquente l'École européenne dès 1964.
En 1976, elle obtient un Abitur en mathématiques et sciences.

Elle étudie les sciences économiques aux universités de Göttingen et de Münster entre 1977 et 1980.
En 1978 elle fréquente la London School of Economics sous un nom d'emprunt (Rose Ladson, emprunté à son arrière-grand-mère américaine), du fait de la notoriété de son père en pleine période de montée des groupes terroristes d'extrême gauche en Allemagne de l'Ouest, comme la Fraction armée rouge.

À partir de 1980, elle entreprend des études de médecine à l'université Gottfried Wilhelm Leibniz de Hanovre, études qui durent sept ans. À l'issue de ce cursus, elle soutient sa thèse et devient docteur en 1991.

Le 27 septembre 2015, le site internet anti-plagiat VroniPlag Wiki déclare avoir trouvé des « passages avec du plagiat » dans 27 pages de sa thèse de doctorat.
En mars 2016, il est décidé de ne pas lui retirer son titre de docteur.

En octobre 2015, l'université Stanford critique von der Leyen pour avoir indiqué sur son CV qu'elle a participé à des activités universitaires sans avoir reçu des crédits scolaires pour celles-ci. Par la suite, est avérée qu'elle prétendait avoir fréquenté l'université Stanford en tant « qu'auditrice invitée »,

alors que ce poste n'existe pas.

La famille Albrecht figurait parmi les familles dites hübsche(« patriciennes », de la haute bourgeoisie) de l'électorat de Hanovre, et les ancêtres d'Ursula von der Leyen étaient médecins, juristes, universitaires ou fonctionnaires depuis le xviie siècle.

Son trisaïeul (arrière-arrière-grand-père) George Alexander Albrecht (1834-1898) se transporta à Brême au xixe siècle, où il prospéra comme négociant en coton, devint un hanséate(c'est-à-dire un membre de l'élite) et occupa la fonction de consul d'Autriche-Hongrie

À partir de 1895, il a épousé Louise Knoop, fille du baron Ludwig Knoop, l'un des entrepreneurs les plus fortunés du xixe siècle dans l'Empire russe.

L'arrière-grand-père d'Ursula von der Leyen était le négociant en coton Carl Albrecht  qui épousa Mary Ladson Robertson, Américaine issue de la famille Ladson, qui appartenait à l'aristocratie sudiste de Charleston en Caroline du Sud.

Ses ancêtres américains ont joué un rôle notable dans la colonisation britannique de l'Amérique du Nord et dans la traite transatlantique.

Mary Ladson Robertson est la fille d'Edward Twells Robertson, marchand de coton de Charleston, et de Sarah Gilmor Ladson, descendante de Sarah Reeve Ladson, l'une des trois enfants du révolutionnaire américain et vice-gouverneur de Caroline du Sud James Ladson, de plusieurs gouverneurs coloniaux britanniques, et des tout premiers colons anglais à la Barbade, dans la Caroline, en Virginie et en Pennsylvanie.

Parmi les ancêtres de von der Leyen figurent également les gouverneurs John Yeamans, James Moore, Robert Gibbes, Thomas Smith et Joseph Blake, mais aussi Joseph Wragg et Benjamin Smith, qui se rangent parmi les plus riches marchands d'esclaves en Amérique du Nord britannique.

Au moment où l'esclavage fut aboli aux États-Unis, son ancêtre James H. Ladson détenait environ deux cents esclaves. Mary Ladson Robertson, qui était affiliée à la National Society of the Colonial Dames of America, était aussi une descendante du vice-gouverneur de Pennsylvanie Samuel Carpenter et de Christopher Branch, l'un des premiers colons anglais, et était apparentée à Thomas Jefferson.

Carl Albrecht et Mary Ladson Robertson sont les parents du grand-père d'Ursula von der Leyen, le psychologue Carl Albrecht  connu pour avoir conçu une méthode de méditation et pour ses recherches en matière de conscience mystique.

Le père d'Ursula von der Leyen est l'homme politique allemand Ernst Albrecht, qui a commencé sa carrière comme fonctionnaire européen à Bruxelles.