Trần Văn Thủy sinh năm 1940 ở xóm 2, Hải Phong, Hải Hậu, tỉnh Nam Định. Cha là Trần Văn Vỵ (1902–1975). Tuy ông Vỵ từng làm công chức của chính quyền bảo hộ, nhưng vẫn ngấm ngầm ủng hộ Việt Minh.[1] Mẹ là Đỗ Thị Hiếu (1913–2015). Trong gia đình có bảy người con, Trần Văn Thủy là con trai thứ hai. Vào năm 1949 người anh, Vĩnh, lớn hơn Trần Văn Thủy bốn tuổi, bị trúng đạn và chết trong một trận càn, cho nên Trần Văn Thủy trở thành con cả trong gia đình.[2]

Trong thời kỳ thơ ấu, Trần Văn Thủy học được bơi lội và hằng ngay hăng hái đi bơi. Sở trường này về sau trở nên rất quan trọng đối với việc giữ được mạng sống trong quãng thời gian làm phóng viên chiến tranh.[3] Cho đến năm 1954, khi lên 14 tuổi, ông được học theo chương trình trường Pháp. Theo lời của Trần Văn Thủy, cha ông là một người hết sức nhân từ, thường xót người nghèo khó, dùm bọc người sa cơ.[4] Trần Văn Thủy cũng nói là những hoạt động từ thiện của mình về sau là theo gương cha, người đã nhắc nhở ông khi ông còn bé. Sau năm 1954, gia đình của Trần Văn Thủy gặp nhiều khó khăn, vì cha đã làm việc cho chính quyền Pháp. Anh em của Trần Văn Thủy, bất kể dạt được điểm cao như thế nào trên các bài thi, không thể nào vào đại học được vì vấn đề “lý lịch”. Xin việc làm cũng khó.[5]

Sau khi tốt nghiệp phổ thống trung học, Trần Văn Thủy xin học một lớp nhân loại học do Bộ Văn hóa tổ chức. Năm 1960 học xong, ông lên miền núi để nghiên cứu về những bộ lạc ít người nhất của vùng Tây Bắc Việt Nam, thí dụ như Tong Lương, Khu Sung,…[6] Năm 1965, Trần Văn Thủy về Hà Nội để học quay phim ở trường điện ảnh. Chương trình lẽ ra nên kéo dài hai năm và kết thúc vào năm 1967, nhưng sau một năm Trần Văn Thủy và một số học viên khác được tuyển làm phóng viên chiến trường ở miền Nam.[7]

Trần Văn Thủy làm phóng viên chiến tranh ở Khu 5 từ năm 1966 đến 1969, liên miên quay phim trên chiến trường. Cuộc sống của ông hết sức nguy hiểm và phải chịu đựng sự thiếu thốn mọi điều.[8] Vào năm 1969, tuy bị bệnh nặng, người còn rất yếu, ông lên đường về miền Bắc mang theo những hộp phim âm bản mà ông đã quay tại miền Nam. Những cuốn phim ấy về sau trở thành phim đầu tay của ông: “Những người dân quê tôi.”[9]

Năm 1972 Trần Văn Thủy đi Liên Xô học đạo diễn điện ảnh ở trường Điện ảnh Quốc gia Toàn Liên Bang ở Moskva, dưới sự hướng dẫn của Roman Karmen. Roman Karmen đánh giá cao phim Những người dân quê tôi, và ủng hộ những khát vọng nghề nghiệp của Trần Văn Thủy một cách nhiệt tình.[10]

Từ năm 1977, trở về Việt Nam, Trần Văn Thủy làm việc tại hãng phim Tài liệu Trung ương thuộc Bộ Văn hóa, ngoài ra cũng có những giai đoạn sống và làm việc ở nước ngoài.

Từ năm 1992 trở đi, Trần Văn Thủy đã làm nhiều việc từ thiện ở xóm 2, Hải Phong, Hải Hậu, một vùng quê ở tỉnh Nam Định, phần đông cư dân la người làm ruộng nghèo khó. Thông qua một số tổ chức, như “Các bạn của Trần Văn Thủy,” ông đã gom góp tiền bạc để giúp người dân xây đường, xây cầu, và xây trường học…[11]

Các phim của Trần Văn Thủy đã được khán giả trong ngoài nước đón nhận và đã đoạt được nhiều giải thưởng quốc gia và quốc tế.[12]