Beals s-a născut în South Side din Chicago, fiind fiica lui Jeanne (născută Anderson), o profesoară de școală primară, și a lui Alfred Beals, care deținea magazine alimentare. Este de rasă mixtă; tatăl ei era afro-american, iar mama ei este irlandeză-americană. Are doi frați, Bobby și Gregory. Tatăl ei a murit când Beals avea nouă ani, iar mama ei s-a căsătorit cu Edward Cohen în 1981. Beals a spus că moștenirea ei biracială a avut un anumit impact asupra ei, deoarece „a trăit întotdeauna cumva pe margine”, având o idee „de a fi celălalt în societate”. A obținut primul ei loc de muncă la 13 ani, la o înghețată, folosindu-și înălțimea de atunci (acum are aproape 1,75 m) pentru a-și convinge șeful că are 16 ani.
Beals a fost inspirată să devină actriță de două evenimente: participarea la o producție de liceu a musicalului Fiddler on the Roof și vizionarea spectacolului Balm in Gilead cu Joan Allen în timp ce era voluntar ca usher la Teatrul Steppenwolf.
Beals a absolvit progresiva Francis W. Parker School. De asemenea, a fost aleasă să participe la atelierul de dramă pentru tineri de la Goodman Theatre. Beals a urmat Universitatea Yale, obținând o diplomă de licență în literatură americană în 1987; a amânat un semestru pentru a putea filma Flashdance. În timpul studiilor la Yale, Beals a fost rezidentă a Morse College.