Nguyễn Lân Tuất là con trai trưởng trong số 8 người con của cố NGND Nguyễn Lân[6]. Ông được sinh ra ở Hà Nội, nhưng sau đó đã dời đến sống ở Huế trong suốt những năm tháng tuổi thơ. Chính nếp sống ở Huế đã tạo ảnh hưởng rất lớn đến tính cách và khả năng cảm nhận âm nhạc của ông về sau.

Khi ông 11 tuổi, ông theo gia đình lên Việt Bắc, tham gia kháng chiến lúc 15 tuổi, rồi nhận Huy chương Chiến thắng hạng nhì khi 16 tuổi.[7] Một năm sau, ông bị thương và được cử sang Trung Quốc để học tiếng Trung trong mấy năm. Sau khi về nước, ông làm phiên dịch viên tại Sở chỉ huy Sư đoàn Phòng không số 1 và bắt đầu sáng tác âm nhạc. Ban đầu, ông chỉ dùng cây đàn guitar để thẩm âm, chọn giai điệu và tập luyện với một dàn hợp xướng nghiệp dư của quân đội. Người ta đã phát hiện ra ông và mời ông đến đài phát thanh để làm việc. Tại đây, ông đã sáng tác và dàn dựng nhiều bài hát cho trẻ em miền Bắc Việt Nam khi đó. Nhưng phần lớn các tác phẩm ấy đều khuyết danh. Nửa thế kỷ sau, một số bài hát vẫn còn được sử dụng nhưng không ai biết tên tác giả của chúng, thậm chí còn quên cả tên bài hát. Đơn giản là những cái tên ấy đã bị lãng quên nhưng âm nhạc thì vẫn còn đó.

Năm 1959, ông được cử sang Liên Xô tu nghiệp. Nguyễn Lân Tuất bắt đầu một cuộc sống mới và không hề biết rằng ông không có cơ hội trở về. Tại Leningrad, ông gặp Svetlana Kurbetova, một nghệ sĩ dương cầm sau này trở thành vợ ông. Bà cũng là người đầu tiên biểu diễn các tác phẩm của ông trên sân khấu, là người bạn trung thành nhất và cũng là vị "giám khảo" nghiêm khắc nhất khi phán xét về những tác phẩm của ông.

Vào năm 1960, quan hệ giữa Việt Nam và Liên Xô xấu đi. Nguyễn Lân Tuất không phải là người cộng sản, cũng không phải là người bất đồng chính kiến. Ông không chống lại hay ủng hộ chủ nghĩa xét lại. Năm 1961, ông được lệnh về nước để cải tạo tư tưởng nhưng ông quyết định nghỉ học và ở lại Liên Xô và có thời gian, ông phải đi trốn. Tại Việt Nam, ông bị xem là "kẻ đào ngũ", "Việt gian", "theo Liên Xô chống Trung Quốc", bị truy nã và bị yêu cầu dẫn độ về Việt Nam vì tội "theo chủ nghĩa xét lại". Đến 30 năm sau ông mới lại được trở về Việt Nam một cách hợp pháp.

Ông tốt nghiệp Đại học âm nhạc tại Leningrad ngành sáng tác, 1965-1970. Năm 1980, nhận văn bằng Thạc sĩ. Từ năm 1984, ông sống ở Novosibirsk và công tác tại Viện Hàn lâm âm nhạc Novosibirsk[2].

Cuối thập niên 1980, ông nhận quốc tịch Liên Xô và xin gia nhập Hội Nhạc sĩ Liên Xô, nhưng đơn của ông bị từ chối với lý do "thiếu chuyên nghiệp". Nhờ quen biết với nhạc sĩ Aleksey Nikolaev, bí thư của Hội Nhạc sĩ Nga, đơn của ông lại được chấp nhận.

Nguyễn Lân Tuất tâm sự:

Nhưng đến khi mà Nguyễn Lân Tuất được vinh danh Nghệ sĩ công huân Nga thì ông Nguyễn Lân đã không còn cười nhạo nữa. Và ông không còn sống để chứng kiến việc con ông được trao danh hiệu "Vinh danh nước Việt" của báo điện tử VietnamNet vào năm 2005.

Ngày 21 tháng 9 năm 2009, hai tuần trước khi tròn 75 tuổi, Nguyễn Lân Tuất đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ khoa học với đề tài "Sân khấu truyền thống Việt Nam hiện đại" tại Trường Đại học sư phạm Quốc gia Liên bang Nga ở Sankt-Peterburg. Ông đã phá kỷ lục người có tuổi cao nhất bảo vệ thành công luận án tiến sĩ khoa học tại học viện này. Ông cũng trở thành người đầu tiên và duy nhất có học hàm Tiến sĩ khoa học trong ngành sân khấu ở Việt Nam[8].

Ngày 29 tháng 4 năm 2014 ông qua đời ở nhà riêng tại Novosibirsk, Nga vì bệnh ung thư.[9][10]