3 दिसंबर 1982 को जोधपुर में जन्मी मिताली एक तमिल परिवार से ताल्लुक रखती हैं। उनके पिता का नाम दोराई राज है, जो भारतीय वायुसेना में वारंट अधिकारी थे, जबकि उनकी माता का नाम लीला राज है। मिताली ने महज 10 साल की उम्र में क्रिकेट खेलना शुरू कर दिया था। उन्होंने अपनी स्कूली शिक्षा हैदराबाद के कीज हाई स्कूल फॉर गर्ल्स से पूरी की और इंटरमीडिएट की पढ़ाई कस्तूरबा गांधी जूनियर कॉलेज फॉर वीमेन, सिकंदराबाद से की। स्कूल के दिनों में ही उन्होंने अपने बड़े भाई के साथ क्रिकेट कोचिंग लेना शुरू कर दिया था।