Gautham Karthik, Tamil sinema oyuncusu Karthik Muthuraman ve aktris Ragini Karthik'in oğlu olarak dünyaya gelmiştir. Aktör R. Muthuraman'ın torunudur. Ooty'deki Hebron School adlı yatılı bir liseye gitti. Büyüme yıllarını Udhagamandalam'da geçirdi ve film yapımcısı Mani Ratnam ilk filmi Kadal için ona yaklaşana kadar Bangalore'daki Christ Üniversitesi'nden mezun oluyordu. Çocukluğunu yatılı bir okulda geçirdiği için çok fazla Tamil sineması izlemedi. Bundan önce Gautham'ın film endüstrisiyle bir bağlantısı yoktu. Üniversitede 'Dead End Street' adlı grubunda gitarist ve vokalist olarak sahne aldı. Ghayn Karthik ve Thiran Karthik adında iki küçük kardeşi vardır.