Kwolek nasceu no subúrbio de
Pittsburgh em
New Kensington,
Pensilvânia em 1923. Seu pai, John Kwolek morreu quando ela tinha dez anos de idade. Kwolek atribui seu interesse pela ciência a seu pai e pela moda a sua mãe, Nellie Zajdel Kwolek. Em 1946 obteve o grau de Química no Margaret Morrison Carnegie College da
Universidade Carnegie Mellon. Kwolek tinha o plano de se converter em médica e achou que poderia consegui-lo depois de obter o dinheiro suficiente a partir de um trabalho temporário no campo da química para poder se matricular na escola de medicina.