Nacido en la calle de San Francisco, era hijo de Julián de Areilza, veterinario y propietario de una ferrería, de familia carlista, y de Ramona de Arregui, mujer de religiosidad severa, que dirigiría en la II Guerra carlista (1872-1876) un núcleo de información y espionaje entre el Bilbao sitiado y el cuartel general de Carlos VII, que la asediaba.
La muerte prematura de su padre (1867) puso a la familia en dificultades económicas, paliadas por la intervención de su tío Miguel de Areilza, hombre de posición y que llegaría a ser mariscal de campo del Ejército carlista, quien se hizo cargo de la formación de sus sobrinos.
Cursa la carrera en la Universidad de Valladolid entre 1876 y 1879. Marcha luego a París, donde realiza estancias clínicas con Polaillon y Goselin en los hospitales de la Pitié y la Charité.
Su periodo parisino fue decisivo en la formación de un espíritu abierto, que ya había chocado con el integrismo materno, y agnóstico. También, en la amplitud y diversidad de sus intereses intelectuales. Se inició en las religiones orientales y en el hipnotismo, tomando contacto con la escuela de Charcot.