Thùy Chi sinh năm 1990 tại Hải Dương, Việt Nam. Cả cha và mẹ của cô đều làm việc trong ngành văn hóa - nghệ thuật ở Hải Dương.[3] Ngay từ khi còn nhỏ, Thùy Chi đã bộc lộ năng khiếu về nghệ thuật và cô cũng được gia đình hướng cho học đàn piano từ năm lên 6 tuổi.[3] Từ năm 9 tuổi, cô bắt đầu lên Hà Nội để học piano tại Nhạc viện Hà Nội. Ngay cả khi bắt đầu nổi tiếng nhờ các ca khúc online, Thùy Chi cũng vẫn dự định sẽ trở thành một giảng viên piano.[4]

Thùy Chi bắt đầu được cộng đồng mạng Việt Nam chú ý tới qua bài hát "Giấc mơ trưa" (do Giáng Son sáng tác) từ năm 2005 Dành cho ca sỹ Khánh Linh, do một người bạn tải lên mạng chia sẻ. Cô từng cùng người bạn học Minh Phương giành giải nhất tại cuộc thi Tuổi đời mênh mông do VTV3 tổ chức. Nhóm nhạc TSD Band của Thùy Chi, Minh Phương cũng từng đạt giải đặc biệt trong Cuộc thi ban nhạc học sinh sinh viên toàn quốc năm 2005. Thông qua bản cover Giấc mơ trưa của Khánh Linh, Thuỳ Chi được mệnh danh là "Bản sao Khánh Linh".

Thùy Chi được biết đến nhiều hơn cả vẫn là các ca khúc phát hành không chính thức trên Internet. Cô được khen là một ca sĩ có chất giọng rất tốt: cao vút, ngọt ngào, trong sáng. Thành công trên Internet đã giúp Thùy Chi được chọn tham gia biểu diễn tại chương trình Bài hát Việt năm 2005 của VTV3.[3] Tuy đã bắt đầu được công chúng biết tới và khuyên nên theo nghiệp ca sĩ nhưng Thùy Chi vẫn khẳng định ca hát chỉ là sở thích cá nhân còn cô vẫn muốn trở thành một giáo viên piano do cảm thấy không hợp với sân khấu.