山口県下関市で、日本人の父と当時、質屋を営む韓国人（在日1世）の母との間に非嫡出子として生まれた[5][6]。父親は長崎出身の保護司で当時39歳、郷里に妻子を持つ180センチメートル近い大柄な男性だった[7]。父親は優作が生まれてすぐに死んだ[2]。2人の異父兄がおり、兄弟仲は良かったが、次第に自身の出生の秘密に気付き始め、それが原因で孤独を感じるようになる。

1957年下関市立神田小学校へ入学。1963年下関市立文洋中学校へ入学。1966年山口県立下関第一高等学校（現・山口県立下関中等教育学校）へ入学[2]。1967年11月、「米国へ行って弁護士になれ」との母親からの厳命により[2]、不本意ながら山口県立下関第一高等学校を2年で中退し、叔母夫妻を頼って米国籍を得る為に渡米する[2][8]。

カリフォルニア州モントレー郡シーサイド市のシーサイド高校に入学[8]。しかしながら、叔母夫妻の離婚訴訟や言葉のギャップなどに悩み、1968年9月に母に無断でシーサイド高校を中退する。シーサイド大学の体育館で観たニューヨークのアングラ劇団「ラ・ママ」を観て、こんな世界があるのかと感銘を受け[2]、芝居をやりたいと思い立ち帰国[2][8]。長兄一家が居住する東京都豊島区のアパートに居候し、私立豊南高等学校夜間部普通科の4年生に途中編入。1970年に関東学院大学文学部に入学する。
1970年代の活動

1971年3月、劇団『文学座』の入所試験を受けるも一次の筆記試験で不合格[2]。同年5月、金子信雄主宰の劇団「新演劇人クラブ・マールイ」に入団[8]。ここで最初の妻美智子と知り合う。

1972年4月、文学座付属演技研究所十二期生となり、文学座同期には阿川泰子、高橋洋子、山西道広、1期後輩に中村雅俊、1期先輩に桃井かおりがいた。役者に専念するために、6月には大学に退学届を出す。この頃、『突撃! ヒューマン!!』のヒューマン/岩城淳一郎役のオーディションを受けたという[9]。また、1969年（昭和44年）頃の無名時代に新宿駅東口のトリスバー「ロック」でバーテンダーを務めていた際に、客として来ていたひし美ゆり子、原田大二郎、村野武範らと知り合い交友を結んでいる。村野は自身が出演していた『飛び出せ!青春』のプロデューサーである岡田晋吉が新人俳優を探していることを聞き、「自分の研究所にちょっと面白い男がいる。」と松田を推薦した。岡田が後で聞いた話によると、村野は優作を優秀な俳優として推薦したわけでなく、この前日麻雀に負けた時の約束で、仕方なく優作を岡田に紹介したということだった[10]。岡田は文学座の稽古場に視察に行くと、芝居に対する体当たりの真剣さと、強引とも思える度胸の良さに驚く[11]。テストでチョイ役に出演させると、迫真の演技にスタッフも度肝を抜かれた[12]。これがきっかけで、1973年、刑事ドラマ『太陽にほえろ!』[注釈 3]にジーパン刑事としてレギュラー出演[13]、その活躍・殉職シーンが話題となる。また、志垣太郎主演の東宝『狼の紋章』にて映画初出演を果たした。

同時期、『太陽にほえろ!』出演を機に「現在は松田優作という通称名を使っているので番組の関係者にも知られていませんが、もし僕が在日韓国人であることがわかったら、みなさんが失望すると思います」という理由で法務省に帰化申請を行い、日本国籍を取得[7]。これにより、通名だった松田優作が本名となった。

1974年には黒木和雄監督の時代劇映画『竜馬暗殺』で、主演の原田芳雄と共演し、時代劇初出演。