Gladys et Edward vivent déjà séparés au moment de sa naissance et divorceront en août 1928.
Sa mère Gladys, née Gladys Pearl Monroe, le 24 mai 1900 au Mexique de parents américains, travaille comme monteuse dans l'industrie cinématographique et a déjà eu deux enfants, Hermitt Jack (1918-1920) et Bernice (1919- ?), d'un premier mariage avec Jack Baker. Ravissante rousse, elle connaît autant de liaisons sentimentales sans lendemain que de problèmes psychologiques et de santé. Sur une très longue période, elle ne pourra pas s'occuper de sa fille qui sera confiée, entre autres, à des familles d'accueil, ainsi que de ses deux autres enfants.
À la naissance de Norma Jeane, Jack avait disparu depuis longtemps et Gladys a probablement alors entretenu diverses liaisons.
C'est là que le père de Marilyn intervient : selon les biographes et spécialistes de Marilyn et selon ce qu'elle-même en a (peu) su et dit, deux possibilités coexistent :
- Martin Edward Mortenson, ou Mortensen : second mari de Gladys (mariage le 11 octobre 1924), un boulanger né en Norvège en 1897 où il a abandonné femme et (trois) enfants pour se rendre aux États-Unis. Rapidement il quitta aussi Gladys et se tua dans un accident de moto le 18 juin 1929 en Ohio. Mais cela n'est pas aussi simple que cela : selon la littérature, un autre Martin Edward Mortenson est décédé en Californie en 1981, lequel clamait être le père de Marilyn et possédait une copie de son certificat de naissance.
- C. Stanley Gifford : il a été l'amant de Gladys entre 1925 et 1926 alors qu'ils étaient collègues de travail. Leur liaison s'est terminée lorsque Gladys lui a annoncé être enceinte. Marilyn pensait qu'il était son père et a essayé d'entrer en contact avec lui à plusieurs reprises, sans succès ; plus tard, c'est lui qui lui a écrit et téléphoné à quelques années d'intervalle, sans succès également : elle aurait commenté qu'"il était trop tard".