Phạm Toàn Thắng quê ở Quảng Ninh nhưng sinh ra và lớn lên tại Thành phố Hồ Chí Minh. Năm 2004, khi còn là học sinh, Phạm Toàn Thắng đã viết ca khúc Cô bé mùa đông cho Đăng Khôi và Thủy Tiên, sau khi ra mắt, ca khúc này đã trở thành hit trong thị trường âm nhạc Việt Nam. Phạm Toàn Thắng chia sẻ anh không phải người học nhạc, cũng chẳng có kiến thức âm nhạc, bỗng nhiên giai điệu xuất hiện trong đầu và anh viết lời cho nó.

Sau thành công của Cô bé mùa đông, ai cũng nghĩ Phạm Toàn Thắng sẽ lập tức bước vào showbiz, thế nhưng sau đó anh không cho ra một tác phẩm nào. Phạm Toàn Thắng chia sẻ anh nghĩ rằng đó chỉ là sự ăn may, một ca khúc thành công nhưng mình vẫn chưa có nền tảng, anh cần một khoảng lặng để học tập, để có vốn sống. Sau đó, Phạm Toàn Thắng vẫn tiếp tục sáng tác các ca khúc nhưng không công bố tác phẩm, anh chọn sống cuộc đời sinh viên giản dị và tham gia vào các hoạt động xã hội.

Sau khi tốt nghiệp trường đại học HUFLIT, Phạm Toàn Thắng mới quay trở lại với vai trò nhạc sĩ. Năm 2010, anh gửi ca khúc "Uống trà" cho chương trình Bài hát Việt và đoạt giải khiến nhiều người bất ngờ. Sau Uống trà, anh giới thiệu tiếp những ca khúc khác mềm mại, nhiều cảm xúc hơn. Phạm Toàn Thắng nói anh tìm ra được cách trung hòa giữa cá tính của mình với nhu cầu của thị trường, từ đó anh có thể sống được bằng sáng tác nhạc.

Khoảng thời gian sau đó "Lạc", "Dấu mưa"[1], "Bốn chữ lắm"[2],... lần lượt trở thành những ca khúc được nhiều người yêu thích. Phạm Toàn Thắng cho biết anh đã sáng tác những bài hát ấy từ lâu nhưng không vội công bố vì anh chờ một ai đó phù hợp, anh nghĩ mỗi bài hát là dành cho một ca sĩ và anh chờ người đó xuất hiện.