Młodość i początki kariery wojskowej thumb|upright|Pomnik von Moltkego w Berlinie thumb|Płaskorzeźba z H.K. von Moltke na Wieży na Górze Wszystkich Świętych thumb|Herb Helmuta Karla von Moltke Moltke urodził się w Parchimiu, w Meklemburgii, jako syn duńskiego generała Friedricha Philippa Victora von Moltkego (1768–1845). W 1805 roku jego ojciec osiadł w Holsztynie, po czym prawie od razu Francuzi splądrowali i spalili dom w Lubece, gdzie mieszkały jego żona i dzieci. Młody Moltke dorastał w trudnych warunkach. W wieku dziewięciu lat wysłano go do szkoły z internatem w Hohenfelde w Holsztynie, a w wieku jedenastu poszedł do szkoły kadetów w Kopenhadze, będąc przeznaczonym do duńskiej armii i dworu. W 1818 roku mianowany został podporucznikiem w duńskim pułku piechoty.
W wieku 21 lat Moltke postanowił przejść do armii pruskiej, pomimo utraty dotychczasowego stażu służby. W 1822 roku został przydzielony do 8. Pułku Piechoty stacjonującego we Frankfurcie nad Odrą, gdzie był najmłodszym podporucznikiem. W wieku 23 lat rozpoczął naukę w szkole wojskowej (później nazwanej Pruską Akademią Militarną), gdzie studiował trzy lata (do 1826).