Nguyễn Bá Lân sinh tại xã Cổ Đô, huyện Tiên Phong (cũ), trấn Sơn Tây; nay thuộc huyện Ba Vì, ngoại thành Hà Nội. Quê tổ ba đời của ông ở làng Hoài Bão, huyện Tiên Du, trấn Kinh Bắc; sau vì thích phong thủy làng Cổ Đô nên mới dời đến đây.

Cha ông là danh sĩ Nguyễn Công Hoàn, từng được xếp hàng thứ ba trong "tứ hổ" ở kinh thành Thăng Long xưa (nhất Quỳnh, nhị Nhan, tam Hoàn, tứ Tuấn)[3]. Tuy vậy, ông Hoàn lại lận đận về đường khoa cử, không đỗ đạt gì, chỉ chuyên nghề dạy học. Các chức tước mà ông có, đều là nhờ con (Nguyễn Bá Lân) làm chức lớn nên cha được phong tặng theo tục lệ ngày trước.

Vốn hiếu học, có tài văn chương, lại được cha dạy dỗ chu đáo; nên khoa Tân Hợi (1731) đời vua Lê Thuần Tông, Nguyễn Bá Lân thi đỗ Tiến sĩ.

Buổi đầu, ông được cử làm Giám khảo kỳ thi Hội, rồi Phiên tào ở phủ chúa Trịnh Giang. Đến 1740, tức đầu đời vua Lê Hiển Tông và chúa Trịnh Doanh, thì ông đã làm Tả chấp pháp ở bộ Hình.

Sau đó, ông cùng với Đốc lãnh Trần Đình Miên (còn có tên là Cẩm) đem quân đi đánh Sơn Tây trong cuộc nổi dậy của Hoàng Công Chất[4].

Năm 1744, bổ ông làm Lưu thủ trấn Hưng Hóa, sau làm Đốc trấn Cao Bằng.

Năm 1756, ông được triệu về kinh đô Thăng Long nhận chức Thiêm đô ngự sử, vào phủ chúa giữ chức Bồi tụng (chức thứ hai sau Tham tụng), tước Lễ Trạch hầu, kiêm giữ chức Tế tửu Quốc Tử Giám (Hiệu trưởng).

Đến năm Bính Tuất (1766), ông xin hưu. Nhưng chẳng lâu sau, ông lại được chúa Trịnh Doanh mời ra coi việc từ tụng.

Năm 1767, xảy ra nạn hạn hán, chúa Trịnh Sâm cầu lời nói thẳng. Nguyễn Bá Lân dâng sớ xin tha thuế cho dân và minh oan cho nhiều người, đều được chúa nghe theo.

Ít lâu sau, ông lại tâu với chúa việc quân sự ở Hưng Hóa và bày mưu kế đánh dẹp cuộc nổi dậy của Hoàng Công Chất, được chúa khen giỏi, cho cai quản cơ Tả Nhuệ và làm Tuyên phủ sứ đạo Hưng Hóa.

Năm Canh Dần (1770), ông lại xin về hưu vì tuổi đã cao, nhưng chúa Trịnh Sâm chưa cho nghỉ hẳn, vì vẫn muốn lưu ông ở kinh để phòng khi hỏi đến. Xét công lao đánh dẹp, ông được thăng làm Thượng thư bộ Lễ, rồi Thượng thư bộ Hộ, hàm Thiếu bảo, được liệt vào bậc Ngũ lão hầu chúa[5].

Năm Ất Tỵ (1785), Nguyễn Bá Lân mất, thọ trên 80 tuổi, được đưa về an táng tại quê nhà. Khi mất, ông được truy tặng chức Thái tể, tước Quận công.