Thanh Thúy sinh ra và lớn lên trong một gia đình Công giáo dòng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Cô tốt nghiệp khoa Diễn viên điện ảnh – kịch của trường Cao đẳng Sân khấu - Điện ảnh TPHCM.

Ngày 19/05/2008, cô kết hôn với đạo diễn Đỗ Đức Thịnh. Một năm sau, vợ chồng cô chào đón quý tử đầu lòng tên Đỗ Thiên Phúc (tên thường gọi là Cà Phê) sinh năm 2009. Cuối năm 2018, cô thông báo mang thai sau gần 10 năm chờ đợi và đến đầu năm 2019, cô đã chào đón cậu con trai thứ hai tên Đỗ Thiên Phú (tên thường gọi là Tết) sinh ngày 07/02/2019.