Nhạc sĩ Nguyễn Thụy Kha sinh năm 1949 tại Hải Phòng, sau này sinh sống và làm việc ở Hà Nội. Ông tốt nghiệp Đại học Thông tin và Trường Viết văn Nguyễn Du, sau đó gia nhập quân đội.
Nguyễn Thụy Kha từng phục vụ trong Quân đội Nhân dân Việt Nam từ năm 1972 đến năm 1982 với vai trò là kỹ sư thông tin thuộc Binh chủng Thông tin, trực tiếp tham gia chiến đấu tại các chiến trường ác liệt Quảng Trị, Khu 5 và Tây nguyên. Trong giai đoạn 1982-1990, ông là cán bộ tuyên huấn.
Nhà xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật từng giới thiệu cuốn sách "Hồi ức Quảng Trị" do nhà văn, nhà thơ, nhà báo, nhạc sĩ Nguyễn Thụy Kha sưu tầm và biên soạn.
Bên cạnh đó, ông còn hoạt động sôi nổi trong lĩnh vực nghệ thuật. Nguyễn Thụy Kha là nhà thơ, nhà văn, nhạc sĩ, nhà báo và nhà nghiên cứu âm nhạc.
Ông từng xuất bản nhiều tập thơ, văn xuôi, kịch bản phim... Ngoài ra, ông còn ra mắt một tập nhạc, bình luận cho nhiều bộ phim khác nhau. Một số tác phẩm tiêu biểu của ông có thể kể đến: Hương nắng tiếng chim (Thơ, in chung, 1982), Mắt thời gian (Thơ, 1988), Lúc ấy - biển (Thơ, 1989), Văn Cao - Người đi dọc biển (Tập truyện, 1992), Hàn Mặc Tử - Thi sĩ đồng trinh (Tập truyện, 1993), Một lần thơ trẻ (Truyện ngắn, 1994), Hương (2022)...
Ngoài ra, ông còn dành thời gian nghiên cứu và viết sách. Giai đoạn 1993-1998, ông đã gom những bài báo để tổ chức thành các cuốn sách: Lời quê góp nhặt, Nửa thế kỷ Tân nhạc Việt Nam, Đời nghệ sĩ, tình nghệ sĩ...
Năm 1998, ông được Viện Âm nhạc yêu cầu viết tiểu thuyết chân dung về 5 nhạc sĩ được giải thưởng Hồ Chí Minh đợt I là: Nguyễn Xuân Khoát, Lưu Hữu Phước, Đỗ Nhuận, Văn Cao và Hoàng Việt. Năm 2000, tập sách gồm 5 tiểu thuyết chân dung mang tên "Những gương mặt âm nhạc thế kỷ" được hoàn thành và ấn hành nội bộ trong giới âm nhạc.
Sinh ra ở đất Vĩnh Bảo (Hải Phòng), Nguyễn Thụy Kha từng dành nhiều tâm huyết để nghiên cứu về cuộc đời và sự nghiệp của Trạng Trình Nguyễn Bỉnh Khiêm. Năm 1991, ông cho ra mắt phim tài liệu Nguyễn Bỉnh Khiêm - Cây đại thụ rợp bóng 500 năm. Tác phẩm tạo tiếng vang lớn, nhận giải thưởng của Hội hữu nghị Việt Nhật năm 1992.
Trong sự nghiệp hoạt động nghệ thuật của mình, Nguyễn Thụy Kha còn được trao tặng nhiều giải thưởng cao quý khác như: giải Ca khúc toàn quốc 1985 - ca khúc Âm vang nhà máy, các giải về lý luận của Hội nhạc sĩ Việt Nam liên tục từ 1996 đến 2006, Giải thưởng Hội nhạc sĩ Việt Nam 2008 với hợp xướng Quy Nhơn (thơ Văn Cao), Giải thưởng Hội Nhạc sĩ Việt Nam (2015), Giải thưởng Hội Nhà văn Việt Nam (2015), Giải thưởng Nhà nước về Văn học Nghệ thuật (2023)...
Năm cuối đời, nhà thơ - nhạc sĩ Nguyễn Thụy Kha điều trị ung thư đại tràng tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội. Sau thời gian chống chọi với bệnh tật, sức khỏe của ông suy yếu dần, cuối cùng không thể qua khỏi.
