小野小町の詳しい系譜は不明である。彼女は絶世の美女として七小町など数々の逸話があり、後世に能や浄瑠璃などの題材としても使われている。だが、当時の小野小町像とされる絵や彫像は現存せず、後世に描かれた絵でも後姿が大半を占め、素顔が描かれていない事が多い。

系図集『尊卑分脈』によれば小野一族である小野篁の息子である出羽郡司・小野良真の娘とされている。しかし、小野良真の名は『尊卑分脈』にしか記載が無く、他の史料には全く見当たらない。加えて、数々の資料や諸説から小町の生没年は天長2年（825年） – 昌泰3年（900年）の頃と想定されるが、小野篁の生没年（延暦21年（802年） – 仁寿2年（853年））を考えると篁の孫とするには年代が合わない。ほかに、小野篁自身の娘[1]、あるいは小野滝雄の娘[2]とする説もある。

血縁者として『古今和歌集』には「小町姉（こまちがあね）」、『後撰和歌集』には「小町孫（こまちがまご）」、他の写本には「小町がいとこ」「小町姪（こまちがめい）」という人物がみえるが存在が疑わしい。さらには、仁明天皇の更衣（小野吉子、あるいはその妹）で、また文徳天皇や清和天皇の頃も仕えていたという説も存在するが、確証は無い。このため、架空説も伝えられている。

また、「小町」は本名ではなく、「町」という字があてられているので、後宮に仕える女性だったのではと考えられる。ほぼ同年代の人物に「三条町（紀静子）」「三国町（仁明天皇皇子貞登の母）」が存在する。前述の小町姉が実在するという前提で、出羽国の郡司の小野一族の娘で姉妹揃って宮仕えする際に姉は「小野町」と名付けられたのに対し、妹である小町は「年若い方の“町”」という意味で「小野小町」と名付けられたという説もある[3]。