Андрей Дмитриевич Сахаров родился в мае 1921 г. в семье потомственных интеллигентов. Несколько поколений его предков были православными священниками. Дед Андрея Дмитриевича, Иван Николаевич, первым из Сахаровых вышел из духовного сословия. Он стал адвокатом, занимался литературной и общественной деятельностью. Что касается отца, Дмитрия Ивановича, то он был преподавателем физики, известным автором научно-популярных книг, учебников и задачников, по которым училось несколько поколений советских людей. Позже Сахаров вспоминал: «Мое детство прошло в Москве в большой коммунальной квартире, где, впрочем, большинство комнат занимали семьи наших родственников и лишь часть — посторонние. В доме сохранялся традиционный дух большой крепкой семьи — постоянное деятельное трудолюбие и уважение к трудовому умению, взаимная семейная поддержка, любовь к литературе и науке… Для меня влияние семьи было особенно большим, так как я первую часть школьных лет учился дома».
В 1938 г. Сахаров с отличием закончил школу и поступил на физический факультет Московского университета. Окончил он его тоже с отличием уже во время войны, в 1942 г., и был определен инженером-изобретателем на большой военный завод в Ульяновске, где работал до 1945 г. (Здесь в 1943 г. он женился на Клавдии Алексеевне Вихиревой, которая работала химиком-технологом на том же заводе.) В 1944 г. Сахаров написал четыре небольших работы по теоретической физике и отправил их в Москву на отзыв.
Статьи произвели впечатление, и в 1945 г.
Сахаров был зачислен аспирантом в Физический институт АН СССР имени Лебедева (ФИАН). Его научным руководителем стал известный академик Тамм. По свидетельству Фейнберга, в ФИАНе Сахаров сразу завоевал общую симпатию своей мягкостью, интеллигентностью и спокойной доброжелательностью. Жизнь его в Москве поначалу была очень трудной. С женой и недавно родившейся дочкой он жил на аспирантскую стипендию, не имея постоянного пристанища. Сахаровы снимали комнату то в сыром полуподвале, то за городом. Чтобы подработать, он некоторое время преподавал физику в Московском энергетическом институте. Только в 1947 г., после защиты кандидатской диссертации, материальное положение Сахарова несколько улучшилось, а вскоре в его жизни произошли кардинальные перемены.
В 1948 г. в ФИАНе была создана научно-исследовательская группа, занимавшаяся разработкой термоядерного оружия. Возглавил ее Тамм. Сахаров также был включен в ее состав. Последующие двадцать лет его жизни были заполнены непрерывной работой над созданием и усовершенствованием водородной бомбы. Позже он писал: «Я не сомневался в жизненной важности создания советского сверхоружия для нашей страны и для равновесия сил во всем мире. Увлеченный грандиозностью задачи, я работал с максимальным напряжением сил, стал автором или соавтором некоторых ключевых идей».