Nguyễn Thu Thủy sinh năm 1976 tại Hà Nội, được biết đến khi đăng quang Hoa hậu Việt Nam năm 1994 năm 18 tuổi.Sau đăng quang, Thu Thủy từng có thời gian du học ở Mỹ. Khi Thu Thủy dự thi hoa hậu cũng là lúc cô thi đỗ vào ba trường đại học. Thủy đã chọn trường ĐH Ngoại giao vì muốn trở thành nữ đại sứ.
Nguyễn Thu Thủy sinh ra trong một gia đình trí thức, cả bố và mẹ cô đều là cán bộ nghiên cứu của Viện Ngôn ngữ học. Bố cô là giáo sư ngôn ngữ học Nguyễn Văn Lợi từng là Phó viện trưởng tại đây, còn mẹ cô là Tiến sĩ Chu Bích Thu, một soạn giả từ điển ngôn ngữ. Cô theo học Học viện Ngoại giao khóa 21, sau đó từ bỏ để sang Mỹ du học ngành quản trị kinh doanh và sau đó mở một thẩm mỹ viện tại Hà Nội.
Trở về nước, Thu Thủy thường xuất hiện với vai trò MC truyền hình, song không xuất hiện quá nhiều tại các sự kiện giải trí.Bên cạnh công việc MC, Thu Thủy còn dành thời gian để kinh doanh, viết sách.
Lễ viếng hoa hậu Thu Thủy diễn vào lúc 10 giờ 45 ngày 8.6.2021 tại nhà tang lễ quốc gia, số 5 Trần Thánh Tông, Hà Nội. Lễ truy điệu và đưa tang vào hồi 11 giờ 45 ngày 28.6.2021, hoả táng tại Nghĩa trang Hoàn Vũ.
