NSND Thụy Vân sinh năm 1940 tại xã Ninh Hòa (huyện Hoa Lư, tỉnh Ninh Bình) trong một gia đình trí thức có nhiều người hoạt động trong lĩnh vực văn học nghệ thuật. Cha của bà là GS - NGND, nhà văn Nguyễn Lương Ngọc, nguyên Hiệu trưởng ĐH Sư phạm Hà Nội, chú ruột là GS, NSND Nguyễn Đình Quang, nguyên Hiệu trưởng Đại học Sân khấu - Điện ảnh Hà Nội, em trai bà là PGS, NGND Nguyễn Lương Tiểu Bạch, nguyên Hiệu trưởng trường ĐH Mỹ thuật Hà Nội.
Phân cảnh ấn tượng của NSND Thụy Vân trong phim Nổi gió.
Khi mới là nữ sinh trường THPT Chu Văn An (Hà Nội), Thụy Vân làm đơn thi vào khoa đạo diễn, trường Sân khấu - Điện ảnh Hà Nội, tuy nhiên bị từ chối với lý do “còn trẻ”, không đủ kinh nghiệm sống để học ngành này. Sau đó, bà trúng tuyển vào lớp diễn viên Điện ảnh khóa I năm 1959. NSND Thụy Vân cùng thế hệ vàng điện ảnh cách mạng Việt Nam như NSND Trà Giang, NSND Minh Đức, NSND Ngọc Lan, NSƯT Anh Thái...
Tốt nghiệp năm 1962, Thụy Vân về công tác tại Xưởng phim truyện Việt Nam (4 Thụy Khuê, Hà Nội), nhận vai diễn đầu tiên trong bộ phim Làng nổi năm 1965.
Sau đó một năm nữ nghệ sĩ tạo dấu ấn trong sự nghiệp với vai nữ chính - Vân trong phim Nổi gió của đạo diễn Huy Thành. Bộ phim giành giải Bông sen vàng tại LHP Việt Nam lần thứ I vào năm 1970. Đoàn làm phim cũng có dịp được chiếu phim tại Phủ Chủ tịch, nữ diễn viên Thụy Vân được gặp Bác Hồ.
Đạo diễn, PGS.TS Đỗ Lệnh Hùng Tú, Chủ tịch Hội Điện ảnh Việt Nam nói rằng NSND Thụy Vân là một trong những diễn viên nổi tiếng nhất của lớp diễn viên Điện ảnh khóa I. Vai diễn của NSND Thụy Vân trong Nổi gió để lại ấn tượng khó phai trong lòng khán giả Việt Nam.
“Ai xem cũng nhớ mãi hình ảnh đôi bàn tay rực cháy của Thụy Vân trước sự sợ hãi của đối thủ. Hình ảnh đó như đóng đinh vào tâm trí người xem và trở thành biểu tượng anh hùng giai đoạn đó”, ông chia sẻ với Tiền Phong.
Trong vai trò diễn viên, NSND Thụy Vân luôn cố gắng tới mức cao nhất để hoàn thành nhiệm vụ dù phải trải qua muôn vàn khó khăn, gian khổ. Khi đóng vai bà Bua trong phim Hai bà mẹ, bà diễn cảnh chạy trốn trong rừng, đu dây vượt thác khiến hai bàn tay rớm máu.
NSND Thụy Vân chuyển vào TPHCM sinh sống vào năm 1978. Tại đây, bà tiếp tục đóng Làng ven (đạo diễn Nguyễn Ngọc Hiến), Xa và gần (đạo diễn Huy Thành). Với vai diễn bà tư sản Thuận Thành trong bộ phim Xa và gần, Thụy Vân giành giải Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất tại LHP Việt Nam lần thứ VII năm 1985.
Để thỏa mãn đam mê với nghề đạo diễn, NSND Thụy Vân ra mắt bộ phim đầu tay Cơn lốc đen (1988). Bộ phim nói về nạn diệt chủng ở Campuchia và được quay tại Thủ đô Phnôm Pênh. Cơn lốc đen đã giành giải đặc biệt của Ban giám khảo tại LHP Việt Nam lần thứ VIII. Bà cũng giữ vai trò phó đạo diễn trong một số bộ phim.
Đạo diễn Đỗ Lệnh Hùng Tú chưa từng hợp tác với NSND Thụy Vân nhưng may mắn sinh hoạt chung dưới “ngôi nhà” của Hội Điện ảnh Việt Nam. Ông nói rằng NSND Thụy Vân luôn là người hiền hòa, như một người chị gái của ông. “Nhân cách, tấm lòng của Thụy Vân đối với mọi người rất đáng nể trọng”, đạo diễn Đỗ Lệnh Hùng Tú nói. Khi nghe tin nữ nghệ sĩ qua đời, ông vô cùng đau buồn, bởi các nghệ sĩ khóa I dần dần rời đi. Đạo diễn Đỗ Lệnh Hùng Tú kể rằng Thụy Vân yêu thơ. Đến những ngày gần đất xa trời bà viết lại trải nghiệm cuộc đời mình bằng những vần thơ. Bà cũng hay in thơ mình sáng tác tặng cho đồng nghiệp, hậu bối…
Nghệ sĩ Thụy Vân được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân dân, Huân chương chống Mỹ hạng 3, Huy chương vì sự nghiệp nghệ thuật, Huy chương vì sự nghiệp điện ảnh…
NSND Thụy Vân qua đời 2h20 sáng 16/3 tại bệnh viện, hưởng thọ 84 tuổi. Từ tháng 6/2022, bà được phát hiện trọng bệnh. Tang lễ của nữ nghệ sĩ tổ chức tại nhà riêng tại quận Bình Thạnh, TP HCM. Lễ khâm liệm lúc 10h sáng 16/3, lễ truy điệu vào sáng 17/3.