Ba anh em Tây Sơn, Nguyễn Nhạc, Nguyễn Lữ và Nguyễn Huệ, được gọi là "Tây Sơn tam kiệt". Các nguồn tài liệu về thân thế Nguyễn Huệ và anh em Tây Sơn chưa hoàn toàn thống nhất.

Các sách Đại Việt sử ký tục biên, Đại Nam thực lục tiền biên, Đại Nam chính biên liệt truyện, Khâm định Việt sử Thông giám cương mục đều ghi các thủ lĩnh Tây Sơn là họ Nguyễn, nhưng không nói tổ tiên là họ gì.

Quê gốc của 3 anh em nhà Tây Sơn ở làng Thái Lão huyện Hưng Nguyên, đến năm 1986 được nâng lên thành Thị trấn Thái Lão, đến năm 1998, thị trấn Thái Lão hợp nhất với xã Hưng Thái thành thị trấn Hưng Nguyên ngày nay.

Từ năm 1558, Nguyễn Hoàng chạy vào Thuận Hóa đến năm 1672, chúa Nguyễn đàng Trong và chúa Trịnh đàng Ngoài đánh nhau cả thảy 7 lần. Trong lần thứ 5 (1655–1656), quân Nguyễn tràn qua Hưng Nguyên lùa bắt dân cùng với tù binh đưa vào Nam (để khai thác vùng Thuận – Quảng đất rộng người thưa) trong đó có ông tổ 4 đời của anh em nhà Tây Sơn là Hồ Phi Long...

Tổ tiên nhà Tây Sơn vốn họ Hồ ở làng Hương Cái, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An. Họ theo chân chúa Nguyễn vào lập nghiệp miền Nam khi chúa Nguyễn vượt Lũy Thầy đánh ra đất Lê - Trịnh tới Nghệ An (1655). Ông cố của ba anh em Tây Sơn tên là Hồ Phi Long vào giúp việc cho nhà họ Đinh (ở thôn Bằng Chân, huyện Tuy Viễn, tức An Nhơn), cưới vợ họ Đinh và sinh được một trai tên là Hồ Phi Tiễn. Hồ Phi Tiễn không theo việc nông mà bỏ đi buôn trầu ở ấp Tây Sơn, cưới vợ và định cư tại đó. Vợ của Hồ Phi Tiễn là Nguyễn Thị Đồng, con gái duy nhất của một phú thương đất Phú Lạc, do đó họ đổi họ của con cái mình từ họ Hồ sang họ Nguyễn của mẹ. Người con là Nguyễn Phi Phúc cũng chuyên nghề buôn trầu và làm ăn phát đạt. Cũng có tài liệu cho rằng họ Hồ đã đổi theo họ chúa Nguyễn ngay từ khi mới vào Nam.[4][5][6].

Nguyễn Phi Phúc có tám người con, trong đó có ba người con trai: Nguyễn Nhạc, Nguyễn Lữ và Nguyễn Huệ. Về thứ tự của Nguyễn Huệ và Nguyễn Lữ trong các anh em, các nguồn tài liệu ghi không thống nhất:[7]

• Các sách Đại Nam thực lục chính biên, Đại Nam chính biên liệt truyện, Tây Sơn thủy mạt khảo đều thống nhất ngôi thứ trong ba anh em Tây Sơn và khẳng định rằng: "Con trưởng là Nhạc, kế là Lữ, kế nữa là Huệ".
• Theo thư từ của các giáo sĩ phương Tây hoạt động ở Đại Việt khi đó như Labartette, Eyet và Varen thì Nguyễn Huệ là em của Nguyễn Lữ. Nguyễn Lữ được gọi là Đức Ông Bảy[8] còn Nguyễn Huệ là Đức Ông Tám.
• Lê Trọng Hàm trong sách Minh đô sử lại cho rằng Hồ Phi Phúc sinh "Nhạc, Lữ đến hai cô con gái rồi đến Huệ".
• Dân phủ Quy Nhơn xưa truyền lại rằng: Nguyễn Nhạc thuở đi buôn trầu nên gọi là anh Hai Trầu; Nguyễn Huệ còn có tên là Thơm nên gọi là chú Ba Thơm; Nguyễn Lữ gọi là thầy Tư Lữ vì có thuở đi tu theo đạo Hồi Bani (Islam Bani), một hệ tôn giáo của người Chăm cổ.
• Theo đại sứ nước Anh John Crawfurd, người đến Việt Nam năm 1822, ba anh em nhà Tây Sơn có xuất thân là dân thường. Người anh cả [Nhạc] và người em út [Huệ] là những kẻ dũng mãnh nhất. Người anh cả (hay được ghi là Ignack), Crawfurd tin chắc, làm nghề thợ rèn; hai người em làm nông nghiệp.[9]

Theo một tài liệu mới công bố tại Hội thảo về Tây Sơn, gia đình Nguyễn Nhạc có ít nhất 4 anh em trai, anh đầu là Nguyễn Quang Hoa. Quang Hoa có thể do bị chết sớm hoặc vì lý do nào đó không tham gia lãnh đạo phong trào Tây Sơn, nên không được sử sách ghi lại.[10]

Lớn lên, ba anh em được đưa đến thụ giáo cả văn lẫn võ với thầy Trương Văn Hiến. Chính người thầy này đã phát hiện được khả năng khác thường của Nguyễn Huệ và khuyên ba anh em khởi nghĩa để xây dựng đại nghiệp. Giáo Hiến cho là có sấm truyền: "Tây khởi nghĩa Bắc thụ công" - "Phụ nguyên phục thống". Rồi nói với anh em Nguyễn Huệ: "Các con là người của đất Tây Sơn, Tây Sơn khởi nghĩa sẽ lập nên sự nghiệp lớn ở miền Bắc và hết lòng giúp chúa Nguyễn để phục hồi nền nhất thống… Các con nên đổi thành họ Nguyễn để có danh nghĩa lập công". Do vậy, anh em Tây Sơn từ họ Hồ đổi thành họ Nguyễn.[11]

Trong những năm đầu tiên, Nguyễn Nhạc đóng vai trò quan trọng nhất. Tương truyền trước khi nổi dậy ông từng đi buôn trầu nên được gọi là Hai Trầu. Sử nhà Nguyễn chép rằng ông được chúa Nguyễn giao cho việc thu thuế trong vùng nhưng mang tiền thu thuế đánh bạc mất hết, cùng quẫn phải nổi dậy. Theo ý kiến của PGS Nguyễn Phan Quang trong sách Phong trào nông dân Tây Sơn (2003), tình tiết này thực chất là dụng ý nói xấu người "phản loạn" của nhà Nguyễn sau khi họ đã thắng trận.[12]

Ban đầu, quân Tây Sơn nổi dậy và dần đánh chiếm được nhiều lãnh thổ ở Đàng Trong. Lúc này, quân Trịnh nhân lúc chúa Nguyễn suy yếu cũng kéo vào Nam, chiếm được Phú Xuân và đánh 1 trận với quân Tây Sơn ở Quảng Nam. Để làm hòa, Tây Sơn đồng ý nghị hòa với quân Trịnh, sau đó sẽ mang quân vào đánh chúa Nguyễn. Chúa Trịnh đồng ý, phong tước cho Tây Sơn và không đánh nữa. Quân Tây Sơn tiếp tục đánh chúa Nguyễn và dần dần chiếm được đất đai và lớn mạnh, bắt đầu có sự tự chủ. Sau khi chiếm được phần lớn Đàng Trong, quân Tây Sơn đánh ra Đàng Ngoài, lật đổ chúa Trịnh, kết thúc cục diện chia cắt Đại Việt dài 200 năm giữa các chúa Trịnh và chúa Nguyễn.