Cù Huy Hà Vũ là con trai của cố nhà thơ Việt Nam nổi tiếng, Bộ trưởng Cù Huy Cận, là con nuôi và là cháu ruột của nhà thơ Xuân Diệu.[2] Mẹ của ông là bà Ngô Thị Xuân Như, em gái ruột Xuân Diệu, thuộc dòng họ Ngô Đức Kế làng Nam Sơn, thị trấn Can Lộc, từng công tác tại Ban Kiểm tra 12, Phủ Thủ tướng, Bác sĩ Viện Y học Cổ truyền Việt Nam. Vợ ông là bà Nguyễn Thị Dương Hà, Trưởng văn phòng luật sư Cù Huy Hà Vũ, có trụ sở ở nhà riêng số 24 đường Điện Biên Phủ, thành phố Hà Nội. Ngôi nhà có hai mặt tiền đường, mặt sau là đường Trần Phú, mặt trước 24 Điện Biên Phủ nay bị chính phủ trưng dụng 50 mm² để làm bảo tàng nhà thơ Xuân Diệu, bố nuôi và là bác ruột của ông.

Ông có người chú ruột đã là trợ lý tiểu ban Bộ chính Trị thời ông Nguyễn Minh Triết tên Cù Huy Chử (hiện đã mất) là giảng viên cao cấp của học viện chính trị phía nam tại Quận 9, thành phố Hồ Chí Minh.

Sau khi tốt nghiệp Đại học Ngoại ngữ Hà Nội (chuyên ngành tiếng Pháp), từ năm 1979, Cù Huy Hà Vũ làm việc tại Ban Thông tin Học viện Quan hệ Quốc tế. Trong thời gian 5 năm làm việc ở học viện này, Cù Huy Hà Vũ thường xuyên sang Pháp để tiếp tục học tiếng Pháp và học thêm các chuyên ngành quản lý nhà nước, quan hệ quốc tế, luật kinh tế.

Ông tốt nghiệp Học viện Hành chính công tại Pháp.[2] Ông còn là Thạc sĩ văn chương, Tiến sĩ Luật (đại học Sorbonne)[2] và họa sĩ – Hội viên Hội Mỹ thuật Việt Nam. Dù ông Vũ không có giấy phép hành nghề luật sư,[10] gia đình ông có Văn phòng luật sư mang tên Cù Huy Hà Vũ, do vợ ông là luật sư Nguyễn Thị Dương Hà làm trưởng văn phòng. Văn phòng luật sư Cù Huy Hà Vũ từng bào chữa cho tướng công an Phạm Xuân Quắc trong vụ án Nguyễn Việt Chiến và Nguyễn Văn Hải liên quan vụ tham nhũng PMU18.[11] Ông Vũ từng công tác tại Bộ Ngoại giao Việt Nam trước khi bị cho thôi việc năm 2009 với lý do "bỏ cơ quan không đến làm việc".[12]

Cù Huy Hà Vũ trở nên nổi tiếng sau khi có nhiều vụ kiện được đánh giá là khuấy động dư luận. Ông là người góp công trong việc ngăn chặn dự án xây dựng khách sạn trên đồi Vọng Cảnh,[2] dự án tái dựng đền Cẩu Nhi trên gò nổi hồ Trúc Bạch, và cũng rất tích cực đấu tranh cho việc chống chặt cây xây khách sạn tại các công viên cây xanh.[13]Ông được dư luận thế giới chú ý đến sau khi đệ đơn kiện thủ tướng Việt Nam đương nhiệm Nguyễn Tấn Dũng, và được nhiều báo đài quốc tế như BBC, VOA, AFP quan tâm phỏng vấn. Tuy nhiên giới chức tòa án Việt Nam nói luật pháp hiện hành "không cho phép họ thụ lý đơn kiện thủ tướng".[14]

Cù Huy Hà Vũ bị bắt từ ngày 5 tháng 11 năm 2010 với cáo buộc "Tuyên truyền chống Nhà nước Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Việt Nam" theo điều 88 – Bộ luật Hình sự, trong đó đơn kiện thủ tướng của ông bị cho là "vu khống lãnh đạo". Chiều 17 tháng 12 năm 2010, Viện kiểm sát nhân dân thành phố Hà Nội đã ra cáo trạng đối với ông. Theo khoản 1, điểm C, Điều 88 Bộ luật Hình sự, ông Cù Huy Hà Vũ bị khép tội "Làm ra, tàng trữ, lưu hành các tài liệu, văn hoá phẩm có nội dung chống Nhà nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam".[15] Ngày 4 tháng 4 năm 2011, ông Vũ bị kết án 7 năm tù giam và 3 năm quản chế tại địa phương vì tội danh trên.[16][17][18]

Ngày 7 tháng 4 năm 2014, Cù Huy Hà Vũ bất ngờ được thả tự do và đến thẳng Hoa Kỳ cùng với vợ với lý do để chữa bệnh.[19]