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) Тара-щанського 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 – Булюбашів, які притримувалися українських традицій й говорили тільки українською. Булюбаші були досить заможним дворянським родом, володіли 600 душами кріпаків, серед яких виростав малий Миколка. «Двоюрідний дід Миколи, М. П. Булюбаш… був маршалком і впливовою в повіті людиною; він інакше не говорив, як по-українському, обожнював свого онука, який одержав своє ім’я в честь його… сам любив і дорожив національною простотою… Жінка його, бабуня Миколи Віталійовича, Марія Василівна, була найдобрішою істотою… любила українські пісні, розповіді і навіть казки», – пригадував згодом Михайло Старицький.
Ніякі гувернантки, навіть мати, не змогли уберегти його від спілкування з великою двірнею, слугами в горницях, дворі, що оточували панську дитину з ранку й до вечора. Як згодом сам розповідав Микола Віталійович, були у нього свої приятелі й між батьковими візниками, й між сусідськими хлоп’ятами; ніхто не міг заборонити йому, бавлячись у дворі або десь поза двором, у садку, на леваді, гратися, розмовляти з тими приятелями. Найбільш подобалося йому годинами просиджувати з дівчатами кріпачками, які вишивали і співали українських пісень. Саме тут, серед дівочих співів, у серці Миколи зароджувалась любов до рідної пісні.
Дуже любила свого онука бабуся Марія Василівна (рідна сестра відомого математика Михайла Остроградського) і тому часто брала його до себе, де він також пізнавав красу української пісні, легенди свого народу, знайомився з його звичаями та традиціями. Марія Василівна кохалася в українських піснях і часто зимовими вечорами запрошувала дівчат-покоївок співати. «Можливо, що через ті хори українська пісня найперше влилася чулою і дужою хвилею в серце малого Миколи», – зазначає Олена Пчілка. Саме у Булюбашів у нього блиснули перші іскри любові до свого народу, до його народних обрядів, до культури взагалі та до пісні зокрема. Бо тільки «українське село у ті давні часи, – писала згодом Олена Пчілка, – зберігало мову, казку, пісню…» Свояк Михайло Старицький так пригадував про ті роки дитинства та ранньої юності: «Прийде літо, настане день Купала… Розкладуть багаття дівчата, заквітчані в польові квітки, з віхтями горящої соломи стрибають через вогонь, а з ними разом і Микола… Прийде Різдво, Новий Рік; колядують, щедрують…»
Яскравою українською постаттю був дядько Олександр Лисенко, який мав мальовничо-козацьку вроду. Як згадувала українська поетеса, мати Лесі Укранки, Олена Пчілка, «жив той дядько у своєму хуторі, біля села Кліщинців… Проти волі батьків одружився він з ді-вчиною-селянкою, козацького роду, розмовляв тільки українською мовою і тим хизувався в панському товаристві… можна сказати, що то обзивався-таки давній, невмирущий «живець» український… Любив згадувати давні козацькі часи, знав багато козацьких пісень і, маючи гарний голос, уміючи грати на бандурі, охоче співав їх, син його сестри, малий Михайло Старицький, і теж його свояк, Микола Лисенко, з захватом слухали його пісні…» Саме від нього гімназист Микола Лисенко вперше почне записувати мотиви козацьких пісень: «Ой не гаразд запорожці», «Отамане батьку наш», «Встає хмара з-за лиману».
Гарно співав запорозькі історичні пісні і думи рідний дядько Миколи – Андрій Романович. «У дядька знайшовся, між іншим, і перший надрукований «Кобзар» Т. Шевченка і «Енеїда» Котляревського», – згадував згодом Микола Віталійович. Вихований на французькій мові, прочитавши «Кобзар» Тараса Шевченка, юний Микола зачарувався вже назавжди красою рідного слова, свідомо полюбивши його.
У родині, яка добре пам’ятала кріпацький оркестр материного діда Петра Булюбаша, музичне обдарування, бажання займатись музикою викликали увагу й розуміння. Батьки Миколки дуже полюбляли музику: мати чудово грала на роялі; батько хоча й не знав нот, але дуже любив імпровізувати на фортепіано і підбирати на слух найрізноманітніші мелодії. Малий Миколка любив слухати, як мати грає на фортепіано (а грала вона дуже добре), міг стояти біля неї годинами, а незабаром і сам вивчився одним пальцем підбирати мелодії. Мати помітила інтерес сина до музики і найняла вчительку, але Микола категорично заперечив – вчити його буде тільки мама. Тому гра на фортепіано також склала одне із занять малого хлопця (на переконання рідних, вона ще й надавала бонтонності). Мати, що була прихильницею європейської та російської классики, вчасно помітила нахили сина і сама як добра піаністка зуміла виявити музичний талант майбутнього композитора і розвинути його, відкриваючи сферу музики для малого Миколи через класичні сонати, парафрази й попурі на теми популярних опер, модні салонні п’єси на зразок «Сплячого лева» А. Контського. Систематично займатися музикою Лисенко почав з п’яти років і виявив великі музичні здібності. Шестирічний хлопчик вражав усіх музичною пам’яттю і чистотою гри. Як згадує свояк Михайло Старицький: «У ті роки, крім звичайного початкового навчання, хлопчика вчили грати на форте-піані; ці заняття він любив, особливо гру в чотири руки, і взагалі здобував у музиці швидких успіхів. Техніка йому давалась надзвичайно легко, музична пам’ять з перших кроків виявилась в незвичайних розмірах; шестилітня дитина вражала усіх вправністю і чистотою своєї гри… Крім того, вона з дивовижною легкістю засвоювала мотиви і підбирала їх на роялі».