Phan Mạnh Quỳnh sinh ra và lớn lên ở xóm Đồng Hà, xã Diễn Vạn, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An. Từ nhỏ, Phan Mạnh Quỳnh có đam mê sáng tác nhạc. Năm 2009, Phan Mạnh Quỳnh đậu Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh và vào Thành phố Hồ Chí Minh để học tập.[4] Từ khi học lớp 9, Phan Mạnh Quỳnh đã tập viết nhạc, cùng với việc tự học nhạc lí tại nhà thờ, nhưng đến lớp 12 mới có sáng tác hoàn chỉnh. Anh bỏ dở việc học đại học để theo đuổi đam mê, dù ban đầu bị gia đình phản đối nhưng trước đam mê quá mãnh liệt của anh, gia đình đành ưng thuận và động viên anh.[5]

Năm 2009, Phan Mạnh Quỳnh tham gia hoạt động nghệ thuật với tư cách là một nhạc sĩ. Năm 2013, anh tham gia chương trình Bài hát Việt tháng 10 với ca khúc "Ai cũng có ngày xưa" nhưng không đoạt giải. Năm 2014, anh quay trở lại với Bài hát Việt tháng 5 và tháng 9 với 2 ca khúc lần lượt là "Bước qua thế giới" và "Trong ánh mặt trời", lần này ca khúc "Bước qua thế giới" của Anh đoạt giải "Bài hát ấn tượng" do khán giả bình chọn.

Anh là tác giả của nhiều ca khúc hit như Người yêu cũ (Khởi My), Nơi ấy con tìm về (Hồ Quang Hiếu), Mình từng yêu nhau (Miu Lê), Bước qua thế giới (Ưng Hoàng Phúc), Khóc trong mưa (Ngô Kiến Huy), Cứ ngỡ là mơ (Hải Băng), Anh nhớ mùa đông ấy (The Men), Xa kỷ niệm (Quang Vinh), Yêu nhau bao lâu (Đan Trường), Làm gì để quay trở lại (Phan Đinh Tùng). Dù vậy anh vẫn chưa được công chúng biết đến nhiều.[6]

Tháng 9 năm 2015, Phan Mạnh Quỳnh phát hành album Vợ người ta và thành công lớn với ca khúc chủ đề cùng tên đã trở thành một hiện tượng trong năm 2015[7]. Ca khúc "Vợ người ta" đã lập kỷ lục đạt 6 triệu lượt nghe chỉ sau 2 tuần phát hành (chỉ tính riêng trên một trang nhạc trực tuyến)[8], đứng Top 5 cho ba hạng mục giải thưởng của Zing Music Awards: Ca khúc của năm, Album của năm và Music Video của năm[9]. Tính đến tháng 12 năm 2015, "Vợ người ta" đã cán mốc 100 triệu lượt nghe và 32 triệu lượt xem trên kênh âm nhạc trực tuyến[10]. Ca khúc Vợ người ta được ca sĩ trình bày lại trong tập 7, chương trình Hội ngộ danh hài năm 2016.[11] Năm 2016, Phan Mạnh Quỳnh đã sáng tác và biểu diễn bài hát mới "Hồi Ức" trong chương trình Sing My Song (Bài hát hay nhất) Tập 7, tuy nhiên khi được phỏng vấn, anh nói: "Tôi cân nhắc nhiều chứ. Tuổi thanh xuân sắp hết rồi, tôi muốn tranh thủ những ngày còn trẻ trung này để sáng tác những bài hát không quá buồn bã như trong thời gian qua, hoặc, có thể đó vẫn là bài hát buồn nhưng năng lượng sẽ nhiều hơn, như một cách tự thúc đẩy bản thân mình hơn. Rồi sau đó, có thể là từ khoảng 4-5 năm sau, tôi sẽ quay lại âm nhạc buồn như bây giờ với một sự sâu lắng hơn".

Năm 2018, Phan Mạnh Quỳnh kết hợp với nữ ca sĩ Bùi Lan Hương cho ra đời bản hit được xem là bài hát cột mốc trong phát triển sự nghiệp của cả Quỳnh và Hương. Bài hát cũng được sử dụng là một trong hai ca khúc chủ đề của bộ phim "Người bất tử" bên cạnh bài Hồi ức cũng của Quỳnh sáng tác và thể hiện. Năm 2019, anh xuất hiện là ca sĩ chính bên cạnh Bùi Lan Hương (khách mời) trong chương trình live concert streaming Music Home số 3. Năm 2019, bài hát Có chàng trai viết lên cây do anh sáng tác và biểu diễn trong vòng chung kết cuộc thi Sing My Song (Việt Nam) được đạo diễn Victor Vũ chọn làm nhạc phim cho bộ phim Mắt biếc (phim) được chuyển thể từ truyện ngắn cùng tên của nhà văn Nguyễn Nhật Ánh. Anh cũng sáng tác 3 ca khúc khác trong bộ phim: Từ đó, Tôi chỉ muốn nói và Hà Lan. Các bài hát của anh trong phim đều gây tiếng vang và có lượt truy cập nghe rất lớn.