Thu Quỳnh sinh năm 1988 tại Hà Nội trong gia đình có bố là diễn viên múa, mẹ là diễn viên Đoàn kịch Quân đội. Thuở nhỏ, cô có gương mặt bầu bĩnh, hai má phúng phính, làn da trắng, ăn mặc điệu đà. Cô thừa hưởng nhiều nét đẹp trên khuôn mặt của mẹ.
Thu Quỳnh được bố mẹ khơi dậy cảm hứng và truyền đam mê nghệ thuật. Thời thơ ấu, cô là ‘cây’ văn nghệ. Thu Quỳnh là cô bé thân thiện, hay cười, có đôi mắt ‘biết nói’.
Năm 2008, khi vừa tròn 20 tuổi và đang là sinh viên ĐH Sân khấu Điện ảnh Hà Nội, Thu Quỳnh đăng ký thi Hoa hậu Việt Nam. Tại vòng Sơ khảo phía Bắc, cô mặc áo dài cách điệu, trang điểm nhẹ nhàng tôn nét đẹp trong trẻo. Lúc này, cô để mái xéo, vấn tóc về phía sau.
Thời điểm thi hoa hậu, Thu Quỳnh cao 1,66 m, nặng 50 kg, số đo ba vòng là 81-62-88 cm. Một mình cô tới Đà Nẵng thi chung kết toàn quốc, không ai hỗ trợ. Lợi thế của cô là gương mặt ăn hình, đường nét trong trẻo. Tuy nhiên, cô bị hạn chế chiều cao và chưa biết catwalk. Kết quả, Thu Quỳnh dừng chân ở top 10.
Sau khi tốt nghiệp ĐH Sân khấu Điện ảnh, Thu Quỳnh công tác tại Nhà hát Tuổi Trẻ. Thời mới vào nghề, có gương mặt hiền lành, phúc hậu nên Thu Quỳnh thường được giao cho những vai dịu dàng ở các phim truyền hình Nhà có nhiều cửa sổ, 13 nữ tù, Hoa hồng mua chịu, Hương ngọc lan, Nơi ẩn nấp bình yên…
2018 là năm đánh dấu thành công của Thu Quỳnh trên màn ảnh. Vai My Sói – gái làng ' bán hoa' mưu mô, thủ đoạn trong ‘Quỳnh búp bê’ giúp Thu Quỳnh bộc lộ khả năng diễn xuất biến hóa, đa dạng. Cô cắt tóc ngắn, trang điểm đậm, mặc trang phục ‘hở trên hở dưới’ để hợp với tạo hình nhân vật.
Năm 2019, Thu Quỳnh đảm nhận vai Huệ – cô nội trợ dịu dàng, đảm đang, truân chuyên trong chuyện tình cảm trong phim Về nhà đi con. Cô để tóc xoăn dài, trang điểm nhẹ, ăn mặc thanh lịch để phù hợp với nhân vật. Diễn xuất của mỹ nhân Hà thành được khen tinh tế, chân thực.
Gần đây, Thu Quỳnh gây chú ý khi vào vai Khánh Thy – người phụ nữ xinh đẹp, khéo léo, có nội tâm phức tạp trong Hương vị tình thân. Thời trang của Thu Quỳnh trong phim được nhận xét sành điệu, sang chảnh. Nữ diễn viên cho biết cô đã giảm 5 kg trước khi phim bấm máy. Phim ghi hình giữa dịch, không thể đến phòng tập nên mỗi ngày cô dành gần một tiếng để tập các bài HIIT đốt mỡ, tập yoga, chạy bộ trên máy. Ngoài ra, cô chia khẩu phần ăn thành nhiều bữa nhỏ để dạ dày không bị no căng, bụng không bị to khi lên hình. Cô hạn chế ăn tinh bột, không ăn đồ nhiều dầu mỡ, chủ yếu hấp thụ các món hấp, luộc.
Ở tuổi 33, Thu Quỳnh hài lòng với cuộc sống mẹ đơn thân. Sau khi ly hôn diễn viên Chí Nhân, cô từng có bạn trai nhưng cả hai đã chia tay. Hiện, cô muốn dành thời gian cho sự nghiệp.
