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Il est le troisième enfant et le seul fils de David Boreanaz Senior (dont le nom professionnel est Dave Roberts) et Patricia A. (surnommée Patti). David a 2 soeurs, Beth et Bo. Bo est marriée à Jonathan Slavin. Il a une nièce de 6 ans, Caledonia et un neveu de 4 ans, Griffin. La famille s'est installée à Villanova, Philadelphie en 1978, lorsque son père a été engagé comme présentateur météo sur la chaîne de télévision WPVI, Channel 6. David a passé toutes ses études à Philadelphie, ne quittant cette ville que pour aller tenter sa chance à Hollywood. David a suivi des études à Malvern Prep, un lycée privé catholique pour garçons, puis à continu à Ithaca, une Université de New York, où il s'est spécialisé en Etudes de Films. Il a obtenu un diplôme d'Arts avec un degré de diplôme de lettres en 1991, après 4 ans d'études il est alors parti pour Hollywood. En 2001, on lui a attribué le prix de "La Jeune Récompense d'Anciens Etudiants du Collège d'Ithaca". L'intérêt principal de David à l'école était le football plutôt que les études. Il dit lui-même qu'il était le blagueur de service, toujours en train de faire rire les genss. Il admet également que ses cours préférés étaient les mathématiques et la chimie. Quand il est parti pour Hollywood, il avait l'intention de tenter sa chance en travaillant derrière les caméras comme metteur en scène.Malheureusement, un inconnu de 22 ans sans expérience n'a que peu de chance qu'on lui confie des budjets importants. Malgré ces débuts difficiles, il a réussi à faire peu à peu son chemin dans l'industrie du spectacle en travaillant pour la publicité. Une chose qui caractérise David est sa détermination. Son père confirme d'ailleurs ce trait de caractère chez lui qui a toujours été évidente dès sa plus tendre enfance. C'est sa confiance en lui qui l'a poussé à 22 ans à tenter une carrière à Hollywood. Gaspare Pellegrini, un ancien entraîneur de football de l'équipe de David à Malvern dit "Il avait déjà cette sorte de détermination, alors que beaucoup d'autres auraient abandonné. Il n'était pas le plus grand, ni le type le plus rapide que nous avions dans l'équipe, mais il se donnait à fond et il était bon joueur". Un autre de ses enseignants dit de lui "Il avait une belle prestance, il était plaisant et décidé à réussir". David reconnaît lui-même que sa nature décidée provient pour beaucoup de la déception qu'il a eu, lors de sa terminale au collège, de devoir abandonner le football en raison d'une grave blessure qu'il a eu au genou, "ça m'a appris à ne jamais tomber".