Родился в посаде[3] Кибарты Мариампольского уезда Августовской губернии (с 1866 года — Сувалкской губернии) или (согласно записи о рождении) в Кейданах Ковенской губернии, в образованной обедневшей еврейской семье. Датой рождения официально считается 18 (30) августа 1860 года. Отец Эльяш (Эльяшив-Лейб) Абрамович Левитан (1827—1877) происходил из раввинской семьи местечка Кейданы. Эльяш Левитан учился в ешиве в Вильне, занимаясь самообразованием, самостоятельно овладел французским и немецким языками. В Ковно он преподавал эти языки, а затем работал переводчиком во время постройки железнодорожного моста, которую вела французская компания. В ноябре 2010 года были обнаружены архивные записи о семье Исаака Левитана[4]. В документах говорилось, что прадеда художника звали Абрамом, дед был Лейб Абрамович Левитан (ок. 1791—1841). В раввинских записях о рождении в Ковно детей кейдановского мещанина, учителя Эльяша Лейбовича Левитана — дочери Михле (родилась 18 июля 1859 года) и сына Абеля-Лейба (родился 9 января 1861 года) — значится имя их матери: Бася Зунделевна (в записи о рождении дочери) и Бася Гиршевна (в записи о рождении сына) Левитан (1830—1875), дочь Зунделе-Гирша. Кроме Исаака, в семье росли ещё трое детей: брат Абель-Лейб (позже взял имя Адольф), сёстры Таубе (в замужестве Тереза Ильинична Бирчанская, родилась в 1856 году) и Михле (Эмма Ильинична, родилась 18 июля 1859 года, по старому стилю)[5][6].

По мнению исследователя Рогова, Исаак Левитан не мог родиться у жены Эльяша, Баси, в августе 1860 года, за 5 месяцев до рождения Абеля-Лейба — чем, возможно, и объясняется отсутствие архивной