Sinh ra tại Ninh Bình vào ngày 2/5/1940, bà đã tham gia khóa đào tạo Diễn viên đầu tiên của Trường Điện ảnh Việt Nam vào năm 1959 cùng với các nghệ sĩ đồng nghiệp như Trà Giang, Lâm Tới và Trần Phương.
Thụy Vân đã có nhiều vai diễn ấn tượng và đa dạng trong nhiều bộ phim, đóng vai chính và vai phụ, đóng góp quan trọng cho nền điện ảnh Việt Nam. Vào năm 2019, Thụy Vân được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân.
Bộ phim "Nổi gió" là một trong những bộ phim nổi tiếng nhất mà Thụy Vân tham gia. Được sản xuất năm 1966 bởi Hãng phim truyện Việt Nam và đạo diễn bởi Huy Thành và Lê Bá Huyến, đây là bộ phim đầu tiên của Điện ảnh cách mạng Việt Nam về Chiến tranh Việt Nam tại miền Nam. Ngoài vai diễn của Thụy Vân, "Nổi gió" còn được biết đến với sự góp mặt của Thế Anh và đạo diễn Huy Thành, cùng nhận được giải thưởng Nhà nước. Thụy Vân vào vai Vân, một nữ chiến sĩ cách mạng, và đóng góp xuất sắc cho sự thành công của bộ phim. Sau "Nổi gió", Thụy Vân tiếp tục tham gia nhiều bộ phim khác như "Rừng xà nu", "Hai người mẹ", "Xa và gần", "Làng nổi", "Con lốc đen", "Vĩ tuyến 17 ngày và đêm", "Sao tháng Tám" và "Đứa con nuôi".
Năm 1985, bà giành giải Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất tại Liên hoan phim Việt Nam cho vai diễn trong bộ phim "Xa và Gần". Bà cũng đã đạo diễn bộ phim "Con lốc đen" năm 1988, giải đặc biệt tại Liên hoan phim Việt Nam lần thứ tám.
Năm 2019, bà được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân dân (NSND). Đây là một danh hiệu cao quý tại Việt Nam, dành riêng cho những nghệ sĩ có đóng góp xuất sắc và cho nghệ thuật lớn của đất nước.
Cuối đời, NSND Thụy Vân ở tại, TP.HCM. Bà sống lặng lẽ, không thấy xuất hiện trên truyền thông.
