Thu Quỳnh sinh ra và lớn lên tại Hà Nội. Cô là con gái lớn trong một gia đình có truyền thống nghệ thuật: bố là diễn viên múa, mẹ là diễn viên của Đoàn Kịch Quân đội. Ngay từ nhỏ, Thu Quỳnh đã bộc lộ những năng khiếu nghệ thuật, đặc biệt là diễn xuất. Sau khi tốt nghiệp Trung học Phổ thông, cô đã lựa chọn khoa Diễn viên, trường Đại học Sân khấu Điện ảnh để theo học.[2] Từ năm thứ 3 Đại học, Thu Quỳnh đã đầu quân về Nhà hát Tuổi Trẻ.