Bà xuất thân từ cán bộ Đoàn, từng đảm nhiệm các vị trí quan trọng như Tỉnh ủy viên, bí thư Tỉnh đoàn, Chủ tịch Hội Liên hiệp thanh niên tỉnh Hà Tây (cũ), Ủy viên BCH Trung ương Đoàn Thanh niên cộng sản Hồ Chí Minh[2].

Từ năm 2007 là Đại biểu Quốc hội Khóa XII thuộc đoàn đại biểu tỉnh Hà Tây, sau đó là đoàn đại biểu thành phố Hà Nội[3].

Sau khi sáp nhập Hà Tây vào Hà Nội bà là Ủy viên Ban Chấp hành Đảng bộ Thành phố, Phó Trưởng ban Thường trực Ban Tuyên giáo Thành ủy[3].

Sau đó bà được điều động về giữ chức vụ Bí thư Huyện ủy Chương Mỹ. Năm 2011, tại Đại hội Đại biểu Toàn quốc lần thứ XI của Đảng, bà được bầu làm Ủy viên Dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng.

Chiều 3/4/2015, Phó Bí thư Thành ủy, Phó Chủ tịch UBND TP Hà Nội Nguyễn Thị Bích Ngọc đã trao Quyết định của Ban Thường vụ Thành ủy điều động, phân công bà Nguyễn Thị Tuyến (SN 1971), Ủy viên Dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng, Thành ủy viên, thôi giữ chức Bí thư Huyện ủy Chương Mỹ, đến nhận công tác tại Liên đoàn Lao động TP Hà Nội[4].

Bà Nguyễn Thị Tuyến đã được bầu bổ sung vào Ban Chấp hành, Ban Thường vụ và giữ chức vụ Chủ tịch Liên đoàn Lao động TP Hà Nội khóa XV, nhiệm kỳ 2013-2018 thay đồng chí Trần Văn Thực đã nghỉ chế độ[2]. Sau đó, bà được bầu bổ sung làm Ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy Hà Nội, Ủy viên Đoàn Chủ tịch Tổng Liên đoàn Lao động Việt Nam.

Vào tháng 4/2018, tại Đại hội Công đoàn TP Hà Nội lần thứ XVI nhiệm kỳ 2018 – 2023, bà Nguyễn Thị Tuyến tiếp tục trúng cử chức Chủ tịch LĐLĐ TP. Hà Nội[5].

Tháng 9 năm 2018, bà Nguyễn Thị Tuyến được bầu làm Ủy viên Đoàn Chủ tịch Tổng Liên đoàn Lao động Việt Nam khóa XII tại Đại hội Công đoàn Việt Nam[6].

Ngày 24 tháng 6 năm 2019, Bà Nguyễn Thị Tuyến nhận quyết định của Ban Thường vụ Thành ủy điều động, phân công đồng chí Nguyễn Thị Tuyến, Ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy thôi giữ chức Bí thư Đảng đoàn, Chủ tịch Liên đoàn Lao động thành phố Hà Nội nhiệm kỳ 2018-2023 để giữ chức vụ Trưởng ban Dân vận Thành ủy[7].

Từ ngày 05 tháng 11 năm 2019, đồng chí Nguyễn Thị Tuyến bắt đầu tham gia lớp bồi dưỡng kiến thức mới cho cán bộ quy hoạch cấp chiến lược khóa XIII tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh.

Ngày 12 tháng 10 năm 2020, Hội nghị lần thứ nhất Ban Chấp hành Đảng bộ thành phố Hà Nội, nhiệm kỳ 2020 - 2025 đã bầu bà Nguyễn Thị Tuyến giữ chức Phó bí thư Thường trực Thành ủy nhiệm kỳ 2020-2025.[8]