Winternitz é natural de Davis , norte da Califórnia. Sua mãe é acadêmica e seu pai é cirurgião ortopédico.

Winternitz frequentou a Davis Senior High School . Ela começou seus estudos na UCLA , mas desistiu. Querendo estudar teatro clássico, aos 19 anos, Winternitz fez o teste para a Royal Academy of Dramatic Art (RADA) em Londres, graduando-se em 2009 com um Bacharelado em Artes em Atuação. Ela também estudou no Interlochen Center for the Arts e Moscow Art Theatre School.