Chi Pu sinh năm 1993 tại Hà Nội. Cô nàng biết chơi đàn piano và từng tham dự nhiều cuộc thi âm nhạc lúc nhỏ. Đến năm 2003, cô từng giành giải nhất trong cuộc thi Liên hoan Đàn organ Thành phố Hà Nội.

Năm 16 tuổi, Chi Pu tham gia Miss Teen 2009, tuy chỉ dừng chân ở top 20 nhưng nhờ ngoại hình sáng, cô nàng bắt đầu thu hút nhiều sự chú ý từ công chúng. Chi Pu đã được mời chụp ảnh quảng cáo, dần dần trở thành cái tên hot nhất trì giới trẻ Việt Nam lúc đó với lượng người theo dõi đông đảo trên mạng xã hội.

Chỉ trong năm 2013, Chi Pu đã tham gia các dự án phim ảnh khác nhau gồm: phim truyền hình Giọt nước rơi, Giấc mơ hạnh phúc, phim điện ảnh Thần tượng, phim ngắn Cô gái trên tầng thượng do cô hợp tác sản xuất. Đáng chú ý, bộ phim đã nhận được giải Cánh Diều Vàng cho phim ngắn xuất sắc nhất năm 2014. 

Chưa hết, vai diễn Nana công chúa trong phim sitcom 5S Online đã giúp tên tuổi của Chi Pu ngày càng vươn xa. Trong 5S Online, Chi Pu là cô nàng dễ thương, nhí nhảnh và ngây thơ nhất phim. Với lối diễn xuất tự nhiên và đáng yêu, nữ diễn viên thu về lượng người hâm mộ đáng kể. 5S Online cũng chính là bước đệm để Chi Pu từ một hot girl lấn sâu hơn lĩnh vực phim ảnh.

Năm 2014, Chi Pu quyết định Nam tiến và chăm chỉ tham gia những dự án phim như: phim truyền hình Vẫn có em bên đời, phim điện ảnh Hương Ga và Chung cư ma. Tháng 6/2014, cô sản xuất bộ phim ngắn My Sunshine mang thông điệp ủng hộ cho cộng đồng LGBT. Chi Pu tự viết kịch bản, đồng đạo diễn (với Hà Nguyên) và đóng vai chính.

Đến tháng 5/2015, Chi Pu nhận vai diễn điện ảnh chính đầu tiên mang tên Yêu của đạo diễn Việt Max. Trong phim, Chi Pu vào vai Nhi, một cô gái có khát vọng trở thành ca sĩ và dần phát hiện thứ tình cảm khác lạ ngày càng lớn với người bạn gái thân từ thuở bé. Chỉ sau 3 ngày ra rạp, Yêu thu về 12 tỷ đồng, thắng giải Phim điện ảnh được yêu thích nhất đồng thời giúp Chi Pu có tên trong Top 10 nghệ sĩ của năm tại Lễ trao giải Mai Vàng 2014.

Đến năm 2016, cô nàng tham gia sản xuất, viết kịch bản đồng thời kiêm vai chính cho web-series "Tỉnh giấc tôi thấy mình trong ai". Bộ phim đã thành công vang dội khi vượt nhiều phim của các nước châu Á thắng giải “Asia Most Popular Online Drama" (Phim chiếu mạng được yêu thích nhất châu Á) tại lễ trao giải WebTVAsia Awards 2016 diễn ra tại Hàn Quốc. Chi Pu sau đó thủ vai nữ chính trong phim điện ảnh “Vệ sĩ Sài Gòn” đóng cùng Thái Hoà, Kim Lý gây ấn tượng phòng vé cuối 2016. Năm 2018, cô lần đầu tham gia một dự án điện ảnh hợp tác Việt - Hàn, bộ phim “Lala: Hãy để em yêu anh” đóng cùng thần tượng Hàn Quốc Jung Chae Yeon và rapper San-E. 

Đến năm 2019, Chi Pu góp mặt trong bộ phim Chị chị em em cùng Thanh Hằng và Lãnh Thanh. Đây là bộ phim gây sốt phòng vé với vô số lời khen ngợi, đặc biệt dành cho nhân vật Nhi mà Chi Pu đảm nhiệm. Chi Pu được giới chuyên môn cũng như khán giả nhận xét có sự đột phá về diễn xuất. Cũng nhờ vai diễn này, Chi Pu đã xuất sắc nhận về giải thưởng Nữ diễn viên điện ảnh được yêu thích tại Ngôi Sao Xanh 2020. 

Năm 2022, Chi Pu vào vai Linh trong phim “Mười: Lời nguyền trở lại”, cho thấy một bước tiến mới về khả năng diễn xuất của cô. Người đẹp đã xuất sắc giành giải thưởng “Nữ diễn viên được yêu thích nhất” tại Lễ trao giải Ngôi Sao Xanh 2022. Bộ phim được ra mắt không chỉ ở Việt Nam mà còn rất nhiều quốc gia trên thế giới như: Hàn Quốc, Úc, Mỹ, Đài Loan, Colombia, Mexico, Peru, Chile, Bolivia, Thái Lan, Singapore, Malaysia, Brunei, Campuchia, Myanmar.

Năm 2017, Chi Pu quyết định lấn sân sang lĩnh vực âm nhạc, mang hình ảnh mới đến cho khán giả. Chi Pu cho thấy sự đầu tư nghiêm túc khi là nữ ca sĩ đầu tiên của Việt Nam phát hành liên tục 4 MV Từ hôm nay, Cho ta gần hơn, Em sai rồi anh xin lỗi em đi, Talk To Me trong vòng 2 tháng và lập tức ‘gây bão’ truyền thông thời điểm đó. Cô cũng là nữ ca sĩ Việt Nam đầu tiên debut với showcase được đầu tư và quảng bá hoành tráng, đồng thời phát hành ca khúc ở cả thị trường trong nước và Hàn Quốc.

Qua hai năm theo đuổi ca hát, Chi Pu dần được khán giả công nhận nhiều hơn. Năm 2019, ca khúc Anh ơi ở lại giữ vị trí Top 1 Trending YouTube tại Việt Nam trong thời gian lâu nhất, thắng giải MV có ý tưởng xuất sắc nhất của năm tại WebTVAsia Awards 2019. Cùng năm, cô vào top đề cử hạng mục Ngôi sao Âm nhạc, giải thưởng Ngôi sao của năm. Thành quả này khiến cô vô cùng hạnh phúc khi được khán giả yêu thương, công nhận sau những nỗ lực không ngừng nghỉ. 

Trong năm 2020, Chi Pu cho ra mắt dự án Chi Pu’s Greatest Show, được phát sóng định kì mỗi tháng một lần với các tập lần lượt mang tên: Ánh trăng nói hộ lòng tôi, Đại chiến thiên thần và Ác quỷ, Go Everywhere See Everything. 

Tính đến thời điểm hiện tại, Chi Pu là nữ ca sĩ có nhiều sản phẩm solo đạt #1 Trending Youtube nhất của Vpop với 5 MV. Ở tất cả các sản phẩm, Chi Pu đều mang đến những hình ảnh đa dạng và mới mẻ, tạo được sự tò mò mỗi khi ra mắt, khi thì đầy gợi cảm, hiện đại nhưng cũng không ít lần hóa thân tròn vai những nhân vật nữ dịu dàng, có nội tâm sâu sắc.

Cuối năm 2020, Chi Pu lọt Top 100 người có sức ảnh hưởng nhất trên mạng xã hội tại Châu Á - Thái Bình Dương do Forbes thống kê (Forbes Asia’s 100 Digital Stars). Chi Pu được Forbes giới thiệu: "Với hơn 19 triệu người theo dõi trên mạng xã hội, Chi Pu (tên thật Nguyễn Thùy Chi) là một trong những nữ ngôi sao nổi tiếng nhất Việt Nam. Từ một người mẫu chuyển mình thành diễn viên - ca sĩ, Chi Pu sở hữu MV Anh ơi ở lại với hơn 92 triệu lượt xem trên YouTube. Cô đã quyên góp 50.000 USD (hơn 1,1 tỉ đồng) cho các nỗ lực cứu trợ Covid-19 tại địa phương".