Yıldırım Bayezid'in babası Sultan I. Murad, annesi ise Gülçiçek Hatun'dur.
I. Murat, Osmanlı Devleti'nin üçüncü padişahıdır. Tarihte Murad-ı Hüdavendigar, Gazi Hünkar olarak da geçmektedir. Hüdavendigar unvanı hükümdar, bey anlamlarına gelir. Osmanlı Devleti'nde ise Sultan unvanı ilk defa I. Murat döneminde kullanılmıştır. Padişah olmadan önce Edirne'yi fethettiğinden dolayı başarılı bir şehzade olarak bilinmekteydi. Bazı tarihi kaynaklarda 40'ın üzerinde savaş gerçekleştirdiği ve bu savaşların hiçbirinde yenilmediği geçer. Bursa Sancakbeyi olarak görev yaptıktan sonra babası devlet idaresini ona bırakmıştır. Saltanatında Balkanları Osmanlı topraklarına katmıştır. Döneminde pek çok isyanı bastırmıştır. Kosova Savaşı sırasında ise bir Sırp asker tarafından hançerlenerek öldürülmüştür.
Yıldırım Bayezid'in annesi Gülçiçek Hatun ise Rum kökenlidir. Doğum tarihi kesin olmamakla beraber 1335 yılları olduğu tahmin edilir. Bazı kaynaklarda gerçek adının Marya olduğu, I. Murad ile evlendikten sonra bu ismin verildiği belirtilmiştir. Gülçiçek Hatun'un babasının Bulgar Kralı Ivan Aleksandr olduğu bilinir. Ölümü hakkında pek bir bilgi bulunmasa da türbesi Bursa'da bulunur. Bu türbe, oğlu Yıldırım Bayezid tarafından yaptırılmıştır. Padişah anneleri içerisinde kendi adına türbesi olan ilk kadındır.