Ông tên thật là Nguyễn Văn Thu, sinh năm 1943, tại xã Hòa Hiệp, Phước Hải. Quê nội anh ở Bình Định, quê ngoại Tuy Hòa, Phú Yên. Thanh Sang là Phật tử, có pháp danh Chơn Từ.

Cha ông từng tham gia Chiến tranh Đông Dương, hy sinh năm 1949. Mẹ ông phải làm lụng vô cùng cực nhọc để nuôi 4 đứa con nhỏ, trong đó chỉ có ông là trai. Vì vậy, từ năm 8 tuổi, ông bắt đầu sống bằng nghề đi biển đánh cá, vừa nuôi gia đình vừa kiếm tiền học chữ trong làng.

Do gia đình sống gần rạp Cải lương Hải Lạc, ông bị cuốn hút theo nghề hát xướng. Ban đầu, ông thường nhại lại các giọng của Thành Công, Chín Sớm, Út Trà Ôn rất giống, được bà con tán thưởng.

Năm 1960, đoàn cải lương Ngọc Kiều của bầu Hoàng Kinh, Ngọc Đán đến Hải Lạc biểu diễn. Khi diễn vở Chiều đông gió lạnh về, ông Thu thường được đưa vào thay thế khi các kép bị ốm. Bầu Hoàng Kinh thấy vậy mới đặt cho nghệ danh là Thanh Sang.

Năm 1962, ông được bầu Hoàng Kinh cho thế Hùng Cường, vai Đông Nhật trong vở Tuyết phủ chiều đông. Ông diễn thành công và từ đó thành một kép chánh trong đoàn Cải lương Ngọc Kiều.

Năm 1964, ông chuyển về hát cho đoàn "Hoa mùa xuân", sau đổi thành "Dạ lý hương". Cũng trong năm này ông nhận huy chương vàng giải cải lương Thanh Tâm với vai Tạ Tốn trong vở "Cô gái Đồ Long". Vai diễn Tạ Tốn trong vở này bị mù, rất khó diễn song ông lại diễn rất hay, đến mức nhiều người nhắc đến ông bằng 4 chữ Kim Mao Sư Vương – danh hiệu của Tạ Tốn. Vai diễn đã đưa ông từ anh chàng chài lưới, chưa qua trường lớp, trở thành ngôi sao trong làng sân khấu.

Từ đó đến năm 1975, ông còn thành công với nhiều vai khác như vai Trần Minh trong vở Bên cầu dệt lụa, vai Thi Sách trong vở Tiếng trống Mê Linh, vai Lê Hoàn trong vở Thái hậu Dương Vân Nga...

Năm 1985, ông thôi hát ở các đoàn văn nghệ, chỉ thu băng đĩa và hát phục vụ khi có yêu cầu. 3 năm sau ông mới cùng đoàn nghệ sĩ Việt Nam sang Paris biểu diễn.

Năm 2001, ông bị bệnh nặng, phải rời xa sân khấu thời gian dài.

Ngày 4 tháng 3 năm 2007, Nhà hát Thành phố Hồ Chí Minh tổ chức đêm "50 năm một tình yêu nghệ thuật" do Bạch Tuyết làm đạo diễn để kỷ niệm 50 năm nghiệp hát của ông.

Sau nhiều năm bệnh lúc già, Thanh Sang qua đời lúc 0 giờ 25 rạng sáng 21 tháng 4 năm 2017 tại nhà riêng, hưởng thọ 74 tuổi.[1]

Những bạn diễn của ông: Thanh Nga, Thanh Kim Huệ, Mỹ Châu, Phượng Liên, Bạch Tuyết, Lệ Thủy, Thùy Trang, Diệp Lang, Bảo Quốc, Minh Vương, Văn Ngà, Út Trà Ôn, Út Bạch Lan,... Ông từng diễn chung với nhiều đào, nhưng người đóng chung với ông để lại ấn tượng sâu sắc là Thanh Nga. Họ đã tạo nên cặp đôi "sóng thần" cực kỳ nổi tiếng vào thập niên 1970.