Ông sinh năm Nhâm Dần (1902) tại làng Hạ Yên Quyết (về sau gọi là làng Cót), phủ Hoài Đức, tỉnh Hà Đông (nay thuộc thuộc phường Yên Hòa, quận Cầu Giấy, thành phố Hà Nội).

Cha là Hoàng Thúc Hội (1870 - 1938), hiệu Cúc Hương, đỗ Cử nhân khoa Bính Ngọ (1906), nhưng không ra làm quan. Sinh thời, đạo đức và tài văn chương của Hoàng Thúc Hội được nhiều sĩ phu kính trọng[2].

Lớn lên, Hoàng Thúc Trâm có được một số vốn Hán học uyên thâm và các tri thức lịch sử sâu rộng, chủ yếu là nhờ sự tự học của mình [3].

Từ những năm 1920, bút hiệu Hoa Bằng (bút hiệu chính của ông) đã lần lượt xuất hiện trên các báo, như Nước Nam, Thế giới, Tân văn, Tiểu Thuyết thứ Bảy, Tri tân, Thực nghiệp dân báo, Trung Bắc tân văn, Thanh Nghị,... (ở Hà Nội), Tân văn, Thế giới (ở Sài Gòn), v.v...Đặc biệt là trên tờ Tri tân mà ông là Chủ bút, ông đã để lại ngót trăm bài viết về văn học, sử học.

Từ Cách mạng tháng Tám (1945) cho đến khi Kháng chiến chống Pháp (1946 - 1954) kết thúc, ông ở lại Hà Nội tiếp tục làm báo và viết sách[3].Sau đó, ông lần lượt công tác tại Ban Văn sử địa, Viện Sử học, và cuối cùng là ở Ban Hán Nôm thuộc Ủy ban Khoa học Xã hội Việt Nam. Trong khoảng thời gian ấy, ông có trên 30 luận văn in ở các tạp chí Nghiên cứu văn sử địa, Nghiên cứu văn học, Nghiên cứu lịch sử...Vì những công trình rất có giá trị ấy, ông được kết nạp vào Hội Nhà văn Việt Nam và Hội sử học...[4].

Ngày 16 tháng 2 năm Đinh Tỵ (5 tháng 3 năm 1977), nhà nghiên cứu Hoàng Thúc Trâm từ trần, hưởng thọ 75 tuổi.