Nascida em uma família tradicional em Mangalore, no estado de Karnataka, sul da Índia, se destacou desde muito jovem por sua grande beleza. Filha de Krishnaraj Rai, um engenheiro da Marinha, e Vrinda Rai, uma escritora. Sua família mais tarde mudou-se para Mumbai.
Rai tem um irmão, Aditya Rai, que é três anos mais velho que ela. Aditya é produtor de filmes, que ocasionalmente produz filmes em que Rai atua.
