Dilahirkan di Hue, ibukota Kekaisaran Vietnam, pada 17 April 1928, dia masuk seminari menengah An Ninh tahun 1941 dan ditahbiskan imam 1953. Setelah enam tahun melanjutkan studi di Roma, tahun 1959 dia menjadi staf pengajar dan kemudian rektor seminari menengah Hoan Thien di Keuskupan Agung Hue, dan serempak bertugas sebagai vikaris jenderal keuskupan agung itu. Menurut data Gereja lokal, dia memegang jabatan ganda itu sampai tahun 1967, ketika Paus Paulus VI mengangkatnya sebagai uskup Nha Trang.
Tujuh hari sebelum Vietnam Selatan jatuh ke tangan komunis dari Vietnam Utara pada 30 April1975, ia dijadikan uskup agung koajutor untuk Keuskupan Agung Saigon. Pemerintah komunis menolak pengangkatannya itu dan memenjarakannya selama 13 tahun. Dalam masa itu, sembilan tahun dia disekap dalam kamar tersendiri. Tahun 1988 dia dibebaskan dan diijinkan pergi ke luar negeri tahun 1991. Ketika berada di luar negeri, dia dilarang untuk kembali ke Vietnam.
Pada tahun 1994, Paus Yohanes Paulus II memanggilnya ke Roma. Mendiang paus itu sangat menghormatinya. Selain mempromosikan dia sebagai prelatus Vietnam pertama yang memangku jabatan tinggi di Vatikan, paus juga memintanya untuk memberi retret Prapaskah untuk Kuria Roma tahun 2000. Pada tanggal 21 Februari2001, Paus Yohanes Paulus II menjadikannya seorang kardinal.
Kardinal Thuan delapan tahun terakhir dalam hidupnya di Roma dan bertugas sebagai ketua Dewan Kepausan untuk Keadilan dan Perdamaian dari tahun 1998 hingga kematiannya karena kanker di usia 74 tahun pada tahun 2002.
Pada 16 September 2007, dalam peringatan 5 tahun meninggalnya, proses kanonisasi sang kardinal resmi dibuka. Dengan demikian sekarang ia dapat disebut Pelayan Tuhan Nguyen Van Thuan.