Bà Trần Diệu Thúy sinh ngày 12 tháng 02 năm 1946 tại Hà Nội, tham gia đội Sơn Ca Đài Tiếng nói Việt Nam từ năm 1955 cùng với nhiều bạn diễn sau này rất vang danh như Thanh Huyền, Anh Đào, Bích Liên...

Sau khi tốt nghiệp Đại học Âm nhạc Việt Nam, bà được cử đi tu nghiệp Nhạc viện Sofia, có may mắn được lên sóng phát thanh và truyền hình Cộng hòa Nhân dân Bulgaria cùng một số nước Balkan trong thời gian lưu trú.

Hồi hương, bà công tác tại Đài Tiếng nói Việt Nam và kiêm phụ giảng tại Đại học Âm nhạc, sau đó được cử giữ chức trưởng khoa thanh nhạc khi đổi tên thành Nhạc viện Hà Nội. Học trò do bà trực tiếp luyện giọng có thể kể đến Lê Dung, Doãn Tần, Bích Việt, Mỹ Linh, Hồng Vi...