Ông Nguyễn Xuân Thắng sinh năm 1957 tại Thanh Chương, Nghệ An. Ông Nguyễn Xuân Thắng có học hàm Phó Giáo sư rồi Giáo sư, học vị: Tiến sĩ kinh tế.
Ông khởi nghiệp là cán bộ nghiên cứu Viện Kinh tế học thuộc Ủy ban Khoa học xã hội Việt Nam.
Sau 3 năm nhập ngũ, ông về làm cán bộ nghiên cứu Ban Kinh tế thế giới của Uỷ ban Khoa học xã hội Việt Nam. Sau đó, ông sang Liên bang Nga làm nghiên cứu sinh tại Viện MEMO thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga trong hơn 5 năm, rồi làm cộng tác viên khoa học cho Viện này trong 3 năm.
Về nước năm 1995, ông Thắng được bổ nhiệm làm Trưởng phòng, Phó Tổng biên tập, Phó Viện trưởng và Viện trưởng Viện Kinh tế và Chính trị thế giới, Viện Khoa học xã hội Việt Nam.
Từ 2007 đến 2011, ông được bổ nhiệm làm Phó Chủ tịch Viện Khoa học xã hội Việt Nam.
Từ 2011, ông làm Chủ tịch Viện Khoa học xã hội Việt Nam (nay là Viện Hàn lâm Khoa học xã hội Việt Nam).
Tháng 4/2016, ông thôi giữ chức Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học xã hội Việt Nam để giữ chức Giám đốc Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh.
Tháng 7/2017, Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc ký quyết định 1120 thành lập Tổ tư vấn kinh tế của Thủ tướng Chính phủ, trong đó ông Thắng là một thành viên của Tổ tư vấn.
Ông Thắng là ủy viên Ban chấp hành trung ương khóa 11, 12.
Ngày 6/10, ông Nguyễn Xuân Thắng được Ban Chấp hành Trung ương Đảng bầu bổ sung vào Ban Bí thư khoá XII.