Уланова родилась в семье артистов балета Мариинского театра. Отец, Сергей Николаевич Уланов, впоследствии стал балетным режиссёром; мать, Мария Фёдоровна Романова, была балетным педагогом в театральном училище.
В возрасте 9 лет Галина Уланова была принята в Петроградское театральное училище (позднее — хореографический техникум), где основными её педагогами стали её мать — Мария Романова, а затем Агриппина Ваганова. Окончила техникум по классу Вагановой в 1928 году, выпускной спектакль состоялся 16 мая 1928 года, после чего была принята в балетную труппу Ленинградского театра оперы и балета.