Ojciec Sosnkowskiego nie prowadził żadnej działalności niepodległościowej, lecz Kazimierz został wychowany w patriotycznej atmosferze. W domu kultywowana była pamięć o jego stryjecznym dziadku, Ignacym Sosnkowskim (1790–1856), który był żołnierzem biorącym udział w wojnach napoleońskich oraz powstaniu listopadowym, odznaczonym krzyżem Virtuti Militari oraz Legią Honorową. Wspominano także pradziadka – Sylwestra Sosnkowskiego, który miał brać udział w insurekcji kościuszkowskiej. Za działaczkę niepodległościową uznawano Zofię Sosnkowską.
Kazimierz Sosnkowski miał brata Jerzego oraz siostry: Wandę i Stanisławę, która w 1905 poślubiła Adama Kowalskiego.
Po śmierci ojca, matka wychowywała go samodzielnie. Od 1896 uczęszczał do V klasycznego gimnazjum w Warszawie. Ukończył osiem klas tej szkoły. Podejrzewany przez władze carskie o przynależność do nielegalnego kółka samokształceniowego, otrzymał z zachowania niską ocenę dostateczną, przez co nie mógł uzyskać matury w Warszawie. Z tego powodu przeniósł się do Petersburga. Tam w październiku 1903 rozpoczął naukę w XII gimnazjum klasycznym. Maturę zdał ze złotym medalem, co było niemałym osiągnięciem dla ucznia, który do wspomnianej szkoły chodził jedynie przez rok.