Adam Chmielowski urodził się w Igołomi (wówczas powiat miechowski), jako najstarszy syn Józefy Borzysławskiej i Wojciecha Chmielowskiego, później naczelnika carskiej komory celnej w Szczypiornie pod Kaliszem. Przeniesiony później w 1846 ojciec trafił do granicznego miasta Słupca (jako naczelnik komory celnej), później w tym samym roku dołączyła rodzina, w tym i syn. Był pierwszym dzieckiem w rodzinie, miał troje młodszego rodzeństwa (Stanisława, Mariana i Jadwigę). Ochrzczono go 26 sierpnia 1846 bez udziału księdza (tzw. chrzest z wody), a 17 czerwca 1847 roku, w kościele Nawiedzenia Najświętszej Marii Panny w Warszawie, dopełniono ceremonii chrztu.

25 sierpnia 1853 roku Adam utracił ojca. W 1855 r. otrzymał stypendium rządowe i wyjechał do szkoły w Sankt Petersburgu, gdzie rozpoczął edukację w Korpusie Kadetów. Od 1858 r., po przeprowadzce do Warszawy, kontynuował naukę w Gimnazjum Realnym Jana Pankiewicza. W 1861 r. podjął studia w Instytucie Politechnicznym i Rolniczo-Leśnym w Nowej Aleksandrii (Puławy), gdzie poznał i zaprzyjaźnił się z wybitnym malarzem Maksymilianem Gierymskim.

Po śmierci matki (28 sierpnia 1859 roku) rodzeństwo Adama przekazano pod opiekę siostry ojca – Petroneli Chmielowskiej. Młody Chmielowski kontynuował naukę w Instytucie Politechnicznym w Puławach. W tym okresie włączył się w działalność konspiracyjną.