不管李渊是不是出身在他做了皇帝后坚称的陇西李氏（陇西李氏“望出陇西”是千百年的传承），但不能否认的是，李渊是出身在权贵世家的。在李渊的祖父李虎时，其家族就开始飞黄腾达。李虎因为积极参与后魏权臣宇文泰的政变并获得成功，与宇文泰、太保李弼、大司马独孤信等八人一起被称为“八柱国”，为西魏的开国功臣，封爵陇西郡公，官为太尉，还被赐予鲜卑姓大野氏。由于李虎和当权的宇文泰交情很深，在宇文泰的儿子篡西魏建北周时，虽然他本人已死，仍被追封为唐国公。至此，李渊的家世就与唐联系起来。所谓唐，就是传说中尧舜禹中的唐尧之唐。
李渊的父亲李昞是李虎的第三个儿子，因为李虎的长子次子都死的早，所以李虎死后，李昞就袭爵陇西郡公，后来因功被加封唐国公。曾任北周安州总管，柱国大将军。据记载他从小受到父亲李虎的良好教育和影响，一边学文，一边习武，练就一个好身板，练出一手好武艺。善长使用长枪，舞起来好似蛟龙出水，神出鬼没；敢拉硬弓，百步穿钱，百发百中。十三、四岁就骑上骏马，随父亲南征北战，拼命杀敌，建有许多战功。东西魏时，两国经常发生战争，他在父亲麾下经常参加战斗。一次交战中，西魏少帅宇文觉（后来的北周皇帝）被东魏高洋打败，一路拼命逃跑，后边紧追不放，眼看于文觉就有生命危险。李昞手疾，搭箭射去，正中高洋左臂，险些落马，于文觉因此得救。回朝后升李昞为将军。八柱国之一的独孤信，看李昞英勇有为，相貌堂堂，便托人向李虎家求婚，将四女儿独孤氏许配给李昞。这场婚姻后李渊家族成为了北周和隋朝的皇亲国戚，这对于李渊家族后来的发展有着至关重要的影响。
原来这孤独信女儿众多，其中长女嫁给北周世宗明皇帝宇文毓妻，后来被追封为明敬皇后；七女独孤伽罗，即杨坚的妻子后来的文献皇后，而李昞娶的是孤独信的四女儿。所以这李昞还是杨坚的姐夫。细论起来，李渊乃是杨坚的内甥，杨广的姨表兄弟。在那个极其注重家庭门第出身和姻亲关系的时代，父亲与母亲的出身为李渊的后来获得了很多人不具备的极大便利。他自言“承七叶之余庆，资五世之克昌；遂得地臣戚里，家称公室”，正是真实的写照。
李昞死后，家里的几个儿子相继早亡，所以七岁的李渊继承了他的爵位唐国公。但爵位并无实权。因为李渊是杨坚的亲家人，“由
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