Мати Миколи Лисенка – Ольга Єреміївна – походила з полтавського козацько-старшинського роду Луценків. Освіту здобула в Петербурзькому Смольному інституті шляхетних дівчат, розмовляла тільки французькою мовою, бо за шість років перебування на чужині, без рідного оточення, «навіки втратила полтавську прекрасну вимову».
Батько майбутнього композитора – Віталій Лисенко народився 1810 р. в селі Галицькому тодішнього Хорольського повіту (в 1959 році воно було переселене у зв’язку зі створенням Кременчуцького водосховища), служив полковником у кірасирському полку, який дислокувався у місті Крилові (Новогеоргієвську) нинішньої Кіровоградської області. Вийшов у відставку в чині «полковника з мундиром», обирався повітовим маршалком (предводителем дворянства) Таращанського і Сквирського повітів. На схилі віку він займався етнографічними дослідженнями.
Віталій Романович, зі спогадів Олени Пчілки, «був теж лагідної вдачі, нездатний ні до якогось деспотизму, ні до суворості в сім’ї (навіть і особливої військової виправки в ньому не було знати); до виховання дітей не втручався, цілком здаючись на волю своєї дружини». Людмила Старицька-Черняхівська пише: «Це була надзвичайна пара: мій дід, Віталій Романович Лисенко… жвавий, дотепний, чудовий оповідач – залишився людиною української культури. Бабуня ж, Ольга Єреміївна Луценко… людина надзвичайного розуму, серйозна, освічена на свій час, вона читала, писала, балакала переважно французькою мовою, але дуже любила і добре знала російську поезію».
Крім сина Миколи, у Віталія та Олени Лисенків була дочка Софія, яка пізніше стала дружиною засновника українського театру, письменника Михайла Петровича Старицького (доводився Лисенкам троюрідним братом).
Батьки Миколи Лисенка свого єдиного сина-первістка виховували на аристократичний лад: вишукані манери, танці, уміння невимушено триматися у вітальні. Перші його слова були французькою, якій його навчала мати. Пізніше батьків полковий товариш – відомий російський поет Фет дорікав матері, що вчила спершу сина азбуці французької, і сам навчив Миколку читати й писати російською. Через те, що на уроках Фет змушував свого учня писати букви олівцем, останній став приставати до офіцерів з проханням дати олівця, за що й прозвали його в полку «Карандашиком».
І хоча свої перші дитячі роки він проводить серед гувернанток і бон, але не лише батьківське родинне оточення впливало на формування малого панича, перші дитячі літа якого пройшли на Полтавщині або у Задніпрянщині (у селах та містечках, т. зв. військових поселеннях, де стояв батьків полк), а казки та колискові його няньки, українські традиції у житті його діда та бабці, дядьків по лінії матері