Huy Du còn có bí danh là Huy Cầm, sinh tại quê hương xã Tân Chi huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh, là con thứ 2 trong một gia đình có 10 anh chị em. Cha ông là nhà giáo Nguyễn Huy Hoàng. Khi cha ông chuyển về Hà Nội dạy học, ông cũng theo cha đến Hà Nội sống và học tập. Ở đây ông bắt đầu được học piano và violon. Ông cùng nhạc sĩ Nguyễn Văn Tường (Phong Nhã) cùng những người bạn khác hợp thành ban nhạc biểu diễn tại rạp Tố Như hàng đêm.

Năm 1944, ông tham gia tổ chức Thanh niên cứu quốc và đến năm 1945 ông nhập ngũ và hoạt động trong Đội tuyên truyền vũ trang. Từ năm 1947 đến năm 1949, Huy Du dạy nhạc ở trường Thiếu sinh quân liên khu III. Năm 1949, ông làm trưởng đoàn văn công của Bộ tư lệnh liên khu III rồi trưởng đoàn văn công Sư đoàn 320 (năm 1951).

Từ năm 1956 đến năm 1962, Huy Du học tại Nhạc viện Bắc Kinh, Trung Quốc.Năm 1962, ông trở về nước làm việc tại Đoàn ca múa Tổng cục Chính trị (Quân đội nhân dân Việt Nam) cho đến năm 1977. Đây là giai đoạn ông cho ra đời hàng loạt tác phẩm nổi tiếng nhất của mình.

Huy Du đã từng là Tổng thư ký Hội Nhạc sĩ Việt Nam khoá III, Đại biểu Quốc hội khoá VII, khóa VIII, Phó Chủ nhiệm Uỷ ban Văn hoá - Giáo dục Quốc hội khoá VIII. Ông từng là Phó Chủ tịch Hội hữu nghị Việt Nam - Trung Quốc. Ông nghỉ hưu vào năm 1990.

Ngày 17 tháng 12 năm 2007, ông mất tại Bệnh viện Hữu nghị Việt Xô, thọ 81 tuổi.