พพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าจิรศักดิ์สุประภาส เป็นพระโอรสองค์สุดท้องในสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช ประสูติแต่หม่อมเล็ก ภาณุพันธุ์ ณ อยุธยา (สกุลเดิม ยงใจยุทธ^[4], เป็นพี่สาวของร้อยเอกชั้น ยงใจยุทธ บิดาของพลเอกชวลิต ยงใจยุทธ) ประสูติเมื่อ เดือนกันยายน พ.ศ. 2460 เมื่อประสูติทรงพระนามว่า หม่อมเจ้าจิรศักดิ์สุประภาส ภาณุพันธุ์ มีพระเชษฐาและพระขนิษฐาร่วมมารดาคือ

1. พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้ารำไพประภา (พ.ศ. 2450 — 2522)
2. พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอาภัสสรวงศ์ (พ.ศ. 2452 — 2525)
3. พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าพีรพงศ์ภาณุเดช (พ.ศ. 2457 — 2528)
4. พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้านรเศรษฐสุริยลักษณ์ (พ.ศ. 2458 — 2497)

หม่อมเจ้าจิรศักดิ์สุประภาตเติบโตในพระบรมมหาราชวังจนอายุได้ 7 ปี จึงทรงย้ายมาอยู่กับพระบิดา ต่อมาสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช ทรงนำพระองค์เจ้าจิรศักดิ์สุประภาต มาถวายเป็นบุตรบุญธรรมใน พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งไม่มีพระราชโอรสหรือพระราชธิดากับสมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี พระบรมราชินี

ด้านการศึกษาทรงเข้ารับการศึกษาเบื้องต้นที่โรงเรียนเทพศิรินทร์ เมื่อปี พ.ศ. 2468 เลขประจำตัวนักเรียน ท.ศ.3022 หลังจากนั้นพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าฯ ทรงทุ่มเทความรักและเอาใจใส่เหมือนเป็นพระราชโอรสแท้ ๆ ทรงอุปถัมภ์ให้ไปศึกษาต่อที่ประเทศอังกฤษ