Nguyễn Thu Thủy sinh năm 1976 tại Hà Nội và lớn lên trong một gia đình tri thức, có cả bố và mẹ làm cán bộ nghiên cứu của Viện ngôn ngữ học. Ở độ tuổi trưởng thành, cô gây chú ý khi sở hữu gương mặt thanh tú, vóc dáng nuột nà.
Không chỉ có lợi thế ngoại hình, Thu Thủy còn thi đỗ vào 3 trường đại học và sớm trở thành sinh viên ưu tú khóa 21 của Học viện ngoại giao. Năm vừa tròn 18 tuổi, cô tự tin ghi danh vào cuộc thi "Hoa hậu Việt Nam 1994".
Thu Thủy lên ngôi hoa hậu năm vừa tròn 18 tuổi. Thời điểm này cô chỉ sở hữu vòng eo 58 cm - số đo vòng eo quyến rũ nhất mà chưa có người đẹp "Hoa hậu Việt Nam" nào đạt được.
Ở ngay những vòng thi đầu tiên, mỹ nhân 7x đã gây ấn tượng bởi lý lịch tốt, sắc vóc nổi bật với chiều cao 1m72 - chỉ số vượt nhiều cựu hoa hậu như: Bùi Bích Phương, Nguyễn Diệu Hoa, Hà Kiều Anh...
Đặc biệt ở thời điểm đó, Thu Thủy còn có vòng eo đầy quyến rũ, chỉ ở mức 58 cm - số đo vòng 2 chưa có người đẹp nào đăng quang "Hoa hậu Việt Nam" có được.
Sau khi trở thành đại diện nhan sắc cấp quốc gia, cô thường xuyên được mời chụp ảnh quảng cáo và tham gia trình diễn ở những chương trình lớn. Tuy nhiên, Thu Thủy hoạt động nghệ thuật khá cầm chừng và vẫn dành nhiều thời gian cho công việc học tập.
Năm 1999, cô từng sang Mỹ du học ngành quản trị kinh doanh. Khi trở về nước, Thu Thủy lập gia đình nhưng cuộc hôn nhân của cô chỉ kéo dài 3 năm rồi đường ai nấy đi. Khi hoàn thành thủ tục ly hôn, người đẹp gốc Hà thành nhận quyền nuôi 2 con và thử sức với lĩnh vực làm đẹp.
Bắt đầu năm 2010, Thu Thủy tham gia các hoạt động giải trí nhiều hơn xưa. Ngoài đi sự kiện, cô còn nhận lời làm giám khảo một vài cuộc thi nhan sắc.
Là cựu hoa hậu có suy nghĩ thẳng thắn và quan điểm riêng, cô không tránh khỏi những phát ngôn vạ miệng khi tái xuất như: Đẹp đã là một tài năng; Khóc ở trong xe Mercedes vẫn thích hơn trên xe đạp hay đằng sau một cái Wave Tàu…
Khoảnh 10 năm trở lại đây, Thu Thủy xuất hiện nhiều hơn trong các sự kiện giải trí.
Vài năm trở lại đây, Thu Thủy thường xuyên xuất hiện với vai trò MC dẫn thời sự của một kênh truyền hình. Đồng thời, cô tích cực tham gia các giải chạy để thể hiện tinh thần khỏe khoắn, thích vận động.
Bước sang độ tuổi 44, "Hoa hậu Việt Nam 1994" vẫn gìn giữ được những nét đẹp trên gương mặt, hình thể như thời mới được nhiều người biết đến. Cô cũng chọn cuộc sống kín tiếng đời tư và chưa đi thêm bước nữa sau nhiều năm ly hôn.
Hiện tại, cô vừa theo đuổi công việc kinh doanh và vừa làm MC truyền hình.
Bước vào độ tuổi 44, cô vẫn gìn giữ được vòng eo nhỏ gọn.
Hình ảnh Thu Thủy tích cực tham gia các hoạt động vận động.