Ông tên thật là Hồ Thu, sinh ngày 14 tháng 10 năm 1919 tại làng Tân Mỹ, tỉnh Thừa Thiên.[1]

Năm 1936, khi còn học trung học Pellerin, lần đầu tiên ông đi hát tại hội chợ Huế với bài La chanson du gondolier với nghệ danh Thu Hồ. Ông từng học nhạc lý với trưởng ban nhạc hoàng gia Huế Trần Văn Lý.

Năm 1938, làm trưởng ga xe lửa luân phiên rồi làm thư ký bút toán Ngân hàng Đông Dương.

Năm 1943, trong khi làm trưởng ga xe lửa Dầu Giây, ông viết nhạc phẩm đầu tay Quê mẹ.

Năm 1947, ông gia nhập ban Thần Kinh Nhạc đoàn khi ban này vừa mới ra đời với sự cộng tác của ban nhạc Trần văn Lý và các ca sĩ như Minh Diệu, Mạnh Phát, Châu Kỳ, Tôn Thất Sở,... Khi Đài phát thanh Pháp Á mở thêm mục Tân nhạc Việt Nam, Thu Hồ được đài mời cộng tác. Sau khi Đài phát thanh Pháp Á được chuyển giao lại cho chính quyền Việt Nam Cộng hòa để trở thành Đài phát thanh Sài Gòn, ông vẫn tiếp tục công việc của mình rồi sau đó cộng tác thêm với Đài Quân đội.

Ông gia nhập Quân đội năm 1954 và được trao giữ chức vụ Trưởng ban Tuyên truyền lưu động Đệ I Quân khu, đi khắp đó đây để ủy lạo binh sĩ. Trong dịp này, ông viết bài Khúc ca Đồng Tháp với phần lời ca của Trọng Danh. Năm 1957, ông gia nhập ban văn nghệ Vì Dân của Tổng Nha Cảnh Sát Quốc gia.

Từ năm 1959 đến 1970, ông là giáo sư âm nhạc các trường Trung học tư thục nổi tiếng ở Sài Gòn như Nguyễn Bá Tòng, Thánh Thomas, Thiên Phước, Nguyễn Trường Tộ... Nhạc sĩ Thu Hồ là một trong những nhạc sĩ Việt Nam đầu tiên được kết nạp thành viên của Hội nhạc sĩ quốc tế S.A.C.E.M (trụ sở tại Pháp). Ông cũng là một nhà viết kịch kiêm diễn viên kịch có hạng. Ông là diễn viên chính trong nhiều vở kịch do chính ông soạn như "Hai chàng một áo" và "Thầy lang bất đắc dĩ". Về kịch ngắn và kịch dài, ông đã soạn hơn 100 vở mà một số lớn đã được ban Thẩm Thúy Hằng mua bản quyền để trình diễn trên Đài Truyền hình Việt Nam.

Về tôn giáo, ông là một con chiên ngoan đạo, từng là thành viên trong ủy ban sáng lập Nhà thờ Fatima Bình Triệu nơi ông cư ngụ.

Sau sự kiện 30 tháng 4 năm 1975, ông bị kẹt lại ở Việt Nam cho đến năm 1991 mới được bảo lãnh sang Mỹ. Ban đầu, ông cư ngụ tại San Diego, 2 năm sau ông dời về Santa Ana sống với cô con gái út là ca sĩ Mỹ Huyền.

Năm 1993, ông cùng với Đỗ Đức Hậu được Hội Thi sĩ Quốc tế bầu là Đại sứ thi ca hòa bình trong Hội nghị Thơ Quốc tế họp tại thủ đô Washington. Đây là chức vụ cao quý nhất của Hội dành cho các thi sĩ ngoại quốc về tham dự Hội nghị. Hội này có hơn 100 ngàn nhà thơ đại diện cho Hoa Kỳ và 41 quốc gia trên toàn thế giới.

Ông mất ngày 19 tháng 5 năm 2000 tại thành phố Westminster, Nam California.