Родился будущий ученый в 1835 году в семье Чингиса Валиханова, усердно служившего старшим султаном в одном из округов, на которые была разделена степь после того, как, благодаря неусыпной реформаторской деятельности Сперанского по укреплению царского колониального режима, отец Чингиса Вали стал последним ханом Средней Орды. Старший султан (высшая должность, положенная инородцам-казахам, по-тогдашнему — «киргизам») подчинялся уездной администрации, объединявшей несколько округов, а уездная администрация — западносибирскому генерал-губернатору, бдившему над вверенным обширным краем из города Омска.
Чокан до двенадцати лет рос в степях, где с пяти-шести лет, как пишет Г. Н. Потанин, «…сломя голову, полкал на лошадях по степи, принимал участие в соколиной охоте». Там же он начал обучаться мусульманской грамоте у муллы-татарина.
Отец Чокана султан Чингис был довольно образованным для степей человеком, окончил Омское войсковое казачье училище, дослужился до чина полковника, любил острое слово и степное искусство. В ауле старшего султана постоянно пребывали степные златоусты-акыны, композиторы-кюйши, которых зачарованно слушал живой, подвижный и любознательный мальчик. Можно представить, какую разницу ощущал одаренный мальчик между тем, что он слышал в юрте от акынов-импровизаторов, певцов, остряков, и тем, что он видел у муллы, где тупо зубрились арабские буквы и заветы пророка и не произносилось ни одного живого казахского слова. Так у будущего ученого в детские годы, наряду с очарованностью радостями жизни, с любовью к истинно доброму и красивому, неосознанно и инстинктивно вырабатывались задатки ненависти и отвращения ко всему, противному духу свободного развития человека.
Чокан-ребенок с какой-то недетской последовательностью противился делать то, чему учил мулла. Следствием этого явилась одна удивительная особенность в интеллектуальном развитии Чокана. Мусульманская религия, как известно, наложила запрет на живопись, на изображение жизни и природы кистью и карандашом. И в силу этого до революции не было ни одного художника-казаха. Казалось, пространственное воображение, искусство представлять на бумаге или каким-то другим путем образы виденного было умерщвлено в зачаточном состоянии. Между тем Чокан Валиханов, пожалуй, единственный казах до революции, проявивший себя как замечательный художник. Мы теперь имеем целый том рисунков, портретных изображений, жанровых картин и др., значение которых в нашей науке и культуре еще, возможно, недостаточно оценено. «Чокан, — пишет Г. Н. Потанин, — не знал ни слова по-русски и уже тогда любил рисовать карандашом. Дабшинский показывал картину, нарисованную Чоканом уже в Омске: русский город поразил мальчика, и он изобразил карандашом один из городских видов». Этот рисунок сохранился: на нем изображен дом генерал-губернатора, величественное для того времени здание с часовней и флагом Российской империи на крыше; перед домом по тротуару плетется укутанная во что-то неуклюжее дородная обывательница, ведя за руку ребенка; за домом слева в отдалении видны купола и колокольни церкви. Сохранились и другие замечательные рисунки двенадцатилетнего Чокана. Все они нарисованы Чоканом после приезда в Омск. Это и понятно. Чокан, судя по рисункам, ранее занимался рисованием, но делал это втайне, во всяком случае вдали от глаз муллы, и рисунки, естественно, уничтожал. И здесь, в Омске, он наконец оказался в условиях, когда мог открыто, не скрывая ни от кого, предаться любимому занятию. Вот отчего появилось несколько замечательных рисунков, датированных 1847 годом.
Взрослого Чокана Валиханова современники часто сравнивали с Лермонтовым. Они, по-видимому, были схожи и в детском возрасте. Дар к живописи Лермонтова также проявился рано, но великий поэт создавал свои детские рисунки при всеобщем доброжелательном поощрении и специальном обучении этому, тогда как казахский гений рисовал свои детские картинки, преследуемый муллой, который видел в этом промысел шайтана — злого духа, наущавшего несмышленыша на преступное подражание делу аллаха, который один только может создавать мирское разнообразие, никак не должное поддаваться изображению руками смертных. Это означает, что природные дарования, заложенные в этом мальчике, были настолько могучи и воля к их проявлению даже у ребенка-Чокана была настолько неукротима, что он, движимый неосознанным желанием, пробовал свой талант и свои способности во всех областях жизни, где можно было выразить себя, найти себя, и делать все это часто вопреки противодействующей обстановке.