Nguyên quán tại Hà Đông. Thu Minh là con gái út của một gia đình năm người gồm có cô, bố, mẹ, một chị gái và một anh trai. Năm lên 5 tuổi, gia đình Thu Minh chuyển vào sinh sống tại Quận 5, thành phố Sài Gòn.

Thu Minh từng tham gia sinh hoạt âm nhạc tại Nhà thiếu nhi Quận 5. Sau khi tốt nghiệp cấp hai, cô theo học Trường múa Tp.HCM. Năm 16 tuổi, Thu Minh đoạt giải Nhất Tiếng Hát Truyền Hình với hai ca khúc có số điểm cao nhất là Bóng cây Kơnia và Tình ca cho em.

Thể loại nhạc sở trường của cô là Pop Ballad và Dance. Cô luôn quan niệm rằng sự nổi tiếng không phải là điều làm mình hạnh phúc nhất, nhưng nghệ thuật cần sự khác biệt và độc đáo nên cô luôn cố gắng trau dồi và rèn luyện được cho mình một phong cách, một giọng hát, lối xử lý kỹ thuật của riêng Thu Minh. Thu Minh được chú ý qua ca khúc Nhớ anh của nhạc sỹ Kỳ Phương và thật sự nổi tiếng từ sau khi cô thay đổi phong cách và khẳng định "Sexy là thương hiệu của tôi". Ngoài ca hát, Thu Minh còn tham gia múa và diễn xuất.

Năm 2011, Thu Minh trở thành quán quân thứ 2 của cuộc thi Bước Nhảy Hoàn Vũ, khẳng định thêm thương hiệu "Nữ hoàng nhạc Dance" vừa có thể nhảy hay và hát tốt của mình. Trước đó, album Body Language đã bùng nổ trong suốt thời gian dài với hàng loạt hit như Bay, Taxi, Đường Cong... Đây là album cực kỳ thành công của Thu Minh sau album Thiên Đàng (2006).

Năm 2012, cô nhận lời mời tham gia làm huấn luyện viên cho cuộc thi Giọng Hát Việt (The Voice Vietnam) và thí sinh của team cô là Hương Tràm đã dành chiến thắng thuyết phục tại cuộc thi năm đó. Cũng trong năm 2012, cô cho ra mắt ca khúc nhạc phim Mùa Hè Lạnh mang tên Yêu Mình Anh gây chú ý trên cộng đồng mạng. Thành công song hành cùng với hạnh phúc, năm 2012 cũng là lúc Thu Minh công bố vị hôn phu của mình đến với truyền thông và toàn bộ người hâm mộ.

Năm 2013, Thu Minh quyết định từ chối chiếc ghế xoay huấn luyện viên Giọng Hát Việt mùa thứ 2 để tập trung cho gia đình nhỏ của cô.