Isparta'nın Atabey ilçesine bağlı İslamköy'de 1924'te doğan Demirel, ilköğrenimini doğduğu köyde, ortaokul ve liseyi ise Isparta ve Afyonkarahisar'da tamamladı.
İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesinden Şubat 1949'da mezun olan Demirel, 1950'de Elektrik İşleri Etüt İdaresinde memuriyete başladı.
Süleyman Demirel, 1948'de "Bir elmanın iki yarısıyız" dediği, babası Hacı Yahya Demirel'in yeğeninin kızı Nazmiye Demirel ile evlendi.
Bu süreçte, Elektrik İşleri Etüt İdaresince sulama ve elektrik konularında araştırma yapmak üzere ABD'ye gönderilen Süleyman Demirel, Türkiye'ye döndükten sonra 1953'te Seyhan Barajı inşaatında proje mühendisi olarak görev yaptı.
Başarılı çalışmalarıyla dönemin Başbakanı Adnan Menderes'in dikkatini çeken Demirel, 1954'te DSİ Genel Müdürlüğünde Barajlar Dairesi Başkanlığına, 1955'te ise DSİ Genel Müdürlüğüne atandı.