Họa sĩ Nguyễn Khang sinh ngày 5 tháng 2 năm 1912, quê gốc ở làng Yên Thái, nay thuộc phường Bưởi, quận Tây Hồ, Hà Nội. Năm 23 tuổi, ông tốt nghiệp Cao đẳng Mỹ thuật Đông Dương và làm việc tại Hà Nội.

Ông lập gia đình với bà Trần Thị Thanh Trà, có 5 Người con : Con gái cả Nguyễn Kim Điệp, con trai Nguyễn Khai Khôi, Nguyễn Dục Tài ( chết trẻ), Nguyễn Thái Nguyên, Nguyễn Thái Dũng.

Khi Cách mạng tháng Tám nổ ra, Nguyễn Khang tham gia cách mạng. Đến toàn quốc kháng chiến năm 1946, ông cùng nhiều văn nghệ sĩ lên Việt Bắc tham gia Đoàn văn hóa kháng chiến. Giai đoạn từ 1949 tới 1951, ông được cử làm hiệu trưởng trường Mỹ thuật kháng chiến Liên khu X.

Từ 1951 tới 1957, Nguyễn Khang giảng dạy tại khu học xá trung ương Việt Nam ở Nam Ninh, Trung Quốc. Trở về nước, ông tham gia sáng lập Hội Mỹ thuật Việt Nam và được bầu làm ủy viên ban thường vụ khóa I (năm 1957).

Năm 1959, ông được cử làm hiệu phó trường Trung cấp Mỹ thuật Việt Nam (tiền thân của trường Đại học Mỹ thuật Công nghiệp Hà Nội, nơi ông làm Hiệu trưởng từ năm 1962 tới 1974). Năm 1974, Nguyễn Khang về hưu, nhưng vẫn tiếp tục sáng tác.

Ông mất ngày 15 tháng 11 năm 1989 tại Thành phố Hồ Chí Minh.