Nhật Bằng sinh ngày 12 tháng 7 năm 1930 tại Hà Nội. Sinh trưởng trong một gia đình nho giáo mà ông nội là Án Sát và thân phụ ông là công chức cao cấp thời Pháp và đệ nhất Cộng Hoà. Nhật Bằng có 3 người em: Nhật Phượng, Hồng Hảo & Thể Tần.[1][2]

Thuở ấu thơ, Ông học tiểu học trường Công Giáo sau chuyển sang trường công lập Đông Sơn Thanh Hoá. Đậu tiểu học năm 1944, gia nhập Trường Bưởi tại Hà Nội (tiền thân Chu Văn An) và kết thân với 2 nhạc sĩ cùng thời nổi tiếng là Phạm Đình Chương và Vũ Đức Nghiêm.

Năm 1946, ông cùng gia đình tản cư vào Thanh Hoá. Sau Cách Mạng Tháng 8, Ông tiếp tục học tại trường trung học công lập Đào Duy Từ tại Thanh Hóa. Tốt nghiệp bằng thành chung năm 1949.

Ông say mê âm nhạc từ thuở nhỏ, trong những năm đi học và kháng chiến Ông học ký âm pháp, hòa âm, vĩ cầm và sáng tác với người em họ là Nhạc sĩ Đỗ Thế Phiệt. Ông đã cùng các em ông biểu diễn và chơi nhạc trong nhà trường thời bấy giờ.

Sau đó gia nhập đoàn Văn Nghệ Liên Khu IV cùng thời với Hoài Bắc, Phạm Đình Chương, Hoài Trung, Phạm Duy. Tại liên khu IV Thanh Hóa, ông tự học Tây Ban Cầm.

Khi Việt Minh phát động phong trào cải cách ruộng đất mà chính dòng họ ông là nạn nhân, thân phụ ông khuyên các anh em ông nên cố gắng tìm cách trở về Hà Nội vào năm 1949 - 1950. Về Hà Nội, ông tiếp tục học trung học đệ II cấp, sau đó bị động viên đi Nam Định. Vì muốn theo đuổi ngành âm nhạc nên ông tình nguyện gia nhập ban Quân Nhạc Đệ III Quân Khu cùng thời với các nhạc sĩ Nguyễn Túc, Đan Thọ, Văn Phụng, v.v...

Năm 1951, ông và 3 người em thành lập ban hợp ca "Hạc Thành" (tiếng con chim Hạc của Hà Nội) và trình diễn với tính cách tài tử trên đài phát thanh Hà Nội và ca sĩ Nhạc Hội Sinh Viên Học Sinh. Ban nhạc của ông được rất nhiều người yêu thích, đặc biệt trong giới sinh viên học sinh. Mặc dù các em ông đều cắp sách đến trường nhưng vì cả gia đình say mê âm nhạc và trau dồi nhạc lý nên nhạc lý và âm nhạc nên họ đều có một căn bản nhạc lý vững chắc. Thời gian này, Nhật Bằng viết một số ca khúc như Khúc Nhạc Ngày Xuân, Ánh Sáng Đồng Quê, Dạ Tương Tư Sầu, Một Chiều Thu...

Sang năm 1952, ông gia nhập ngành quân nhạc cùng các nhạc sĩ Nguyễn Hiền, Văn Phụng, Đan Thọ...

Năm 1954, Hiệp định Genève chia cắt đất nước, đại gia đình ông di cư vào Nam, nhạc sĩ Nhật Bằng gia nhập và tòng sự tại Nha Chiến Tranh Tâm Lý, Đài Phát Thanh Quân Đội. Các em ông sau khi hoàn tất bậc trung học, người đi làm, người tiếp tục học Đại Học nên ban hợp ca Hạc Thành chỉ còn thuần tuý trình diễn trên hai Đài Phát Thanh Sài Gòn và Quân Đội. Trong thời gian này ông đã cho ra đời những ca khúc như Vọng cố đô, Bóng Quê Xưa, Tiếng vọng rừng xanh... Trong thời gian này, ông viết chung nhiều ca khúc với nhạc sĩ Đan Thọ.

Năm 1956, Nhật Bằng vào Sài Gòn. Thời gian đầu ông làm việc trong Đài phát thanh Quân đội của VTVN. Bản “Về Đây Anh" do ông viết cùng với nhạc sĩ Nguyễn Hiền được dùng làm nhạc hiệu cho chương trình Chiêu Hồi đài phát thanh Saigon hồi đó.

Theo tài liệu thì ông lập ra ban nhạc tên là “ban Nhật Bằng” trên đài phát thanh Saigon và đài quân đội. Đồng thời, ông là nhạc sĩ sử dụng contre-bass cho các ban nhạc Hoàng Trọng, Nghiêm Phú Phi, Văn Phụng, Tiếng Hát Tâm Tình, Vũ Thành trên đài Saigon. Ngoài ra, ông còn soạn hòa âm cho các ban nhạc trên đài phát thanh, đài truyền hình Việt Nam và cho nhiều hãng băng, hãng dĩa.

Đến năm 1963, Nhật Bằng cùng với Văn Phụng và Anh Ngọc thành lập ban tam ca nam ngộ nghĩnh "Đô Si La" chuyên trình bày những ca khúc vui tươi. Ban nhạc chiếm được cảm tình của khán thính giả qua cách trang phục lạ mắt với những chiếc áo nhiều màu sắc sọc carô hay những hình vẽ chim cò sặc sỡ. Có thể nói, cùng với những nhạc sĩ di cư từ miền Bắc vào Nam khác như Nguyễn Hiền, Văn Phụng, Trịnh Hưng, Đan Thọ... nhạc sĩ Nhật Bằng đã góp công tạo nên một nền âm nhạc tiền chiến phong phú.

Có một thời gian, Nhật Bằng phục vụ cho phòng Văn nghệ thuộc Cục Tâm lý chiến với cấp bậc chuẩn úy. Năm 1968, Nhật Bằng được trao giải sáng tác nhạc quân đội hay nhất năm với bài Chiến Sĩ Ca. Ngoài phục vụ quân đội ông còn còn cộng tác với các vũ trường và câu lạc bộ. Tiêu biểu là Vũ trường "Đêm màu hồng" chung với Nguyễn Hiền, Nghiêm Phú Phi.

Từ 1956 đến 1969 là thời kỳ Nhật Bằng sáng tác hăng say nhất. Trong tổng số hơn một trăm nhạc bản của ông, người nghe nhận ra ba thể loại khác nhau là nhạc quê hương, nhạc tình cảm, và nhạc chiến đấu. Rất nhiều ca khúc của ông nói lên nỗi sầu ly hương như “Vọng Cố Đô”, “Anh Về Một Mùa Trăng”...

Danh ca Anh Ngọc nói về kỷ niệm với nhạc sĩ Nhật Bằng như sau: "Loại nhạc tình cảm thì tiêu biểu là các bản “Thuyền Trăng”, “Dạ Tương Sầu”, “Lỡ Làng”, “Bóng Chiều Tà”, “Một Chiều Thu”, … Trong thời kỳ quân ngũ, Nhật Bằng sáng tác các bài thuộc loại chiến đấu như “Bóng Người Chiến Sĩ”, nhất là bài “Chiến Sĩ Ca” được phổ biến khắp các quân trường".[3]

Từ năm 1969, Nhật Bằng ngừng hẳn việc sáng tác sau khi đã sáng tác gần 100 bài hát đủ thể loại.

Sau biến cố 30 tháng Tư 1975, ông bị đi tù 7 năm vì có phục vụ trong ngành Tâm lý chiến. Sang năm 1986, ông cùng nhạc sĩ Phạm Trọng Cầu và một số nhạc sĩ trẻ khác ôm đàn đi diễn nhạc tiền chiến tại một số nơi như trường đại học, khách sạn sau khi những nhạc phẩm này được cho phép.

Tháng 9 năm 1990, Nhật Bằng và gia đình sang Mỹ định cư tại tiểu bang Virginia theo diện HO. Ông mở lớp luyện ca sĩ và soạn hòa âm, ông cũng thành lập ban nhạc cho ba cậu con có đất hoạt động. Ngoài ra, Nhật Bằng còn tiếp tay với phong trào Hưng Ca Việt Nam và Cao Trào Nhân Bản. Vào năm 1991, ông soạn bài “Ngày Quốc Tế cho Cao Trào Nhân Bản” làm nhạc hiệu cho tổ chức đấu tranh nhân quyền này.

Vợ của nhạc sĩ Trần Nhật Bằng là bà Vũ Thị Tường Huệ. Ông bà có 5 người con 4 trai 1 gái. Các con của ông là Trần Nhật Hải (Guitar), Trần Thị Bích Vân [4], Trần Nhật Hùng (Base), Trần Nhật Huấn (Key Board), Trần Nhật Hào (ca sĩ Nhật Hào) đang dịnh cư tại Virginia. Gia đình Trần Nhật Bằng được nhiều đồng hương ở Washington biết đến qua ban nhạc "The Blue Ocean" nổi tiếng chơi cho các trung tâm băng nhạc hải ngoại. Sau đổi thành Five Stars. Hiện nay các con của nhạc sĩ Nhật Bằng đang hợp tác với The Diamond Club với tên ban nhạc Saigon Stars Band.

Năm 1998 ông có về thăm quê Thanh Hoá.

Ông qua đời vì tai biến mạch máu não vào lúc 8:35 tối thứ Sáu 7/5/2004. Ông ra đi để lại nỗi tiếc thương cho gia đình, thân quyến và bè bạn xa gần. Lễ viếng của ông được tổ chức trong 2 ngày 10 & 11 tháng 5 năm 2004 tại Fairfax Memorial Park Cemetery, 9900 Braddock Rd, Fairfax, VA‎. Tang lễ được cử hành vào lúc 9 giờ sáng thứ Tư 5/12/2004.[5]