Đoàn Nguyễn Tuấn quê làng Hải Yên, huyện Quỳnh Côi (nay là làng Hải An, xã Quỳnh Nguyên, huyện Quỳnh Phụ), tỉnh Thái Bình.

Ông là con Hoàng giáp Đoàn Nguyễn Thục, đại thần thời Lê Mạt, là con rể Tiến sĩ Nhữ Đình Toản. Ông quen với Nguyễn Nghiễm (1708 - 1775) cha Nguyễn Du và là anh vợ thi hào Nguyễn Du.

Ông thi đỗ Hương cống (Cử nhân) đời Lê (vào khoảng đời Cảnh Hưng), nhưng không ra làm quan.

Năm Canh Tý (1780), Nguyễn Khản là anh cả của Nguyễn Du đang làm Trấn thủ Sơn Tây bị khép tội mưu loạn trong Vụ án năm Canh Tý, bị bãi chức và bị giam ở nhà Châu Quận công. Lúc này Nguyễn Du được Đoàn Nguyễn Tuấn đón về Sơn Nam Hạ nuôi ăn học.

Khoảng 1786, ông có tụ họp người làng bàn chuyện dấy binh giúp Trịnh Bồng, nhưng việc không thành.

Cuối năm 1787, ông cùng Phan Huy Ích, Ngô Thì Nhậm ra giúp nhà Tây Sơn; ông được cử giữ chức Hàn lâm trực học sĩ (1788).

Tháng 9 năm 1789, ông được giao nhiệm vụ đón tiếp sứ giả nhà Thanh sang phong vương cho vua Quang Trung.

Năm 1790, ông cùng Phan Huy Ích, Vũ Huy Tấn, được cử vào sứ bộ của vua Quang Trung giả, sang Trung Quốc triều kiến vua Càn Long.

Đoàn Nguyễn Tuấn trong sứ đoàn Tây Sơn trên đường đi Nhiệt Hà thì gặp Nguyễn Du trở về Hoàng Châu, gặp nhau nơi lữ quán hai người bàn luận sôi nổi về văn chương chuyện Hồng nhan đa truân. Nguyễn Du về trước và hẹn gặp nhau lại tại Thăng Long.

Khi trở về nước, ông được thăng làm Tả thị lang bộ Lại, tước Hải Phái hầu.

Sau khi vua Quang Trung mất đột ngột (1792), ông tiếp tục giúp vua Cảnh Thịnh cho đến khi triều đại Tây Sơn sụp đổ.

Năm 1797, Nguyễn Đề thu xếp cùng Đoàn Nguyễn Tuấn cưới cô em út Đoàn Nguyễn Thị Huệ cho Nguyễn Du. Đoàn Nguyễn Tuấn giao cho Nguyễn Du gia trang tại Quỳnh Hải, từ đây chấm dứt cuộc đời mười năm gió bụi.

Mùa thu năm Nhâm Tuất (1802), Vua Gia Long diệt nhà Tây Sơn. Đoàn Nguyễn Tuấn, lúc này khoảng 50 tuổi, có lẽ về ẩn cư trong "Phong nguyệt sào "( tổ gió trăng) là một cái chòi trong vườn hoa nhà mình, ngâm vịnh trong đó, tự hiệu là Sào Ông.

Chưa biết năm mất của ông và cũng không rõ ông có ra làm quan thời Gia Long hay không.