Phạm Xuân Thăng sinh ngày 1 tháng 6 năm 1966, người dân tộc Kinh, không theo tôn giáo nào. Ông có quê quán tại làng Thanh Kỳ (làng Trẩy con) xã An Thanh, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương.

Ông có trình độ chuyên môn là Thạc sĩ Quản lý Khoa học Công nghệ, Đại học Sư phạm I; trình độ chính trị: Cử nhân chính trị Đảng Cộng sản Việt Nam.

Ngày 6 tháng 8 năm 1994, Phạm Xuân Thăng gia nhập Đảng Cộng sản Việt Nam.

Tháng 11 năm 2003, Ông là Tỉnh ủy viên, Bí thư Tỉnh Đoàn Hải Dương.

Tháng 1 năm 2007 đến tháng 8/2009, Ông là Bí thư Huyện Ủy Bình Giang.

Ông Phạm Xuân Thăng từng là Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Trưởng ban Tuyên giáo Tỉnh ủy, Trưởng ban Tổ chức Tỉnh ủy Hải Dương, đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa 13.

Ngày 22 tháng 5 năm 2016, Phạm Xuân Thăng trúng cử đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa 14 tại tỉnh Hải Dương.

Ngày 12 tháng 11 năm 2019, ông được bầu là Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy Hải Dương.

Ngày 26 tháng 10 năm 2020, tại Đại hội lần thứ XVII của Đảng bộ tỉnh Hải Dương tổ chức ở Trung tâm Văn hóa xứ Đông, Ông được bầu làm Bí thư Tỉnh ủy Hải Dương.

Ngày 30 tháng 01 năm 2021, tại Đại hội Đại Biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng Cộng Sản Việt Nam tổ chức tại Trung tâm hội nghị quốc gia, ông trúng cử Uỷ viên Ban Chấp Hành Trung Ương Đảng Cộng Sản Việt Nam khoá XIII.[3]

Sáng ngày 23 tháng 3 năm 2021, HĐND tỉnh Hải Dương khóa XVI, nhiệm kỳ 2016-2021 đã tổ chức kỳ họp thứ 17 - kỳ họp tổng kết nhiệm kỳ. Các đại biểu đã bầu ông Phạm Xuân Thăng, Ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Tỉnh ủy giữ chức Chủ tịch HĐND tỉnh Hải Dương khóa XVI, nhiệm kỳ 2016-2021.