Nguyễn Thanh Nghị sinh ngày 12 tháng 8 năm 1976, quê ở phường 9, Thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau. Tuy vậy, hầu hết thời niên thiếu của ông lại gắn bó với Kiên Giang, nơi cha ông cũng từng là bí thư tỉnh ủy.

Thời thanh niên, Nguyễn Thanh Nghị theo học ở trường Đại học Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh và được kết nạp vào Đảng Cộng sản Việt Nam ngày 26 tháng 1 năm 1999. Bấy giờ cha ông đang giữ chức Ủy viên thường vụ Bộ Chính trị, Phó thủ tướng kiêm Thống đốc Ngân hàng Nhà nước Việt Nam.

Năm 2001 và 2002 ông là "giám đốc quan hệ khách hàng (PR) và quản lý dự án" cho tập đoàn Bitexco[3]. Năm 2006, sau khi học xong Tiến sĩ ngành Kỹ sư công chính tại Đại học George Washington, Hoa Kỳ, ông trở về trường Đại học Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh để làm công tác giảng dạy. Năm 2008, ông được bổ nhiệm làm Phó Hiệu trưởng trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh.

Tháng 1 năm 2011, tại Đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam XI, tuy không được đại hội đảng cơ sở đề cử lên, song Nguyễn Thanh Nghị vẫn được bầu làm Ủy viên Dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương, từ danh sách do chính Đại hội toàn quốc đang họp đề cử.[4] Báo chí phương Tây gọi ông là một "hạt giống đỏ".[5]

Ngày 11 tháng 11 năm 2011, bằng quyết định số 2011/QĐ-TTg, do phó thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc ký, Thủ tướng Chính phủ đã bổ nhiệm Nguyễn Thanh Nghị giữ chức Thứ trưởng Bộ Xây dựng[6], phụ trách mảng kiến trúc và quy hoạch thay cho Thứ trưởng Nguyễn Đình Toàn.

Tháng 3 năm 2014, ông được Bộ Chính trị luân chuyển về tỉnh Kiên Giang làm Phó bí thư Tỉnh ủy. Cha ông, Thủ tướng Dũng từng làm Bí thư Huyện ủy Hà Tiên (nay là Thành phố Hà Tiên), Kiên Giang, sau được bổ nhiệm làm Phó bí thư rồi Bí thư Tỉnh ủy. Ông Dũng cũng từng là Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Kiên Giang.

Chiều ngày 28 tháng 3 năm 2014, Hội đồng nhân dân tỉnh Kiên Giang khoá VIII (nhiệm kỳ 2011-2016) đã tổ chức kỳ họp bất thường lần thứ 11, bầu Nguyễn Thanh Nghị giữ chức Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Kiên Giang[7].

Sáng ngày 16 tháng 10 năm 2015, Đảng bộ tỉnh Kiên Giang đã khai mạc Đại hội đại biểu lần thứ X, nhiệm kỳ 2015-2020 và đã bầu Nguyễn Thanh Nghị làm Bí thư Tỉnh ủy Kiên Giang[8]. Tại thời điểm được bầu, ông là bí thư tỉnh ủy trẻ nhất Việt Nam.

Ngày 5 tháng 10 năm 2020, Tại Quyết định số 1518/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ điều động, bổ nhiệm ông Nguyễn Thanh Nghị, Ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Tỉnh ủy, Trưởng Đoàn đại biểu Quốc hội khóa XIV tỉnh Kiên Giang giữ chức Thứ trưởng Bộ Xây dựng.[1]