Bà Nguyễn Thị Tuyến sinh ngày 25/7/1971, quê quán tại xã Đồng Lạc, huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội. Bà có trình độ tiến sỹ xây dựng Đảng; cử nhân luật kinh tế và cử nhân lý luận chính trị.
Từ tháng 1/1993 - tháng 12/2000, bà Tuyến từng đảm nhiệm các vị trí như ủy viên Ban Thường vụ Huyện đoàn Chương Mỹ; phó bí thư Huyện đoàn Chương Mỹ; bí thư Huyện đoàn Chương Mỹ; chủ tịch Hội đồng Đội huyện Chương Mỹ; ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh đoàn Hà Tây (cũ).
Từ tháng 12/2000, bà Nguyễn Thị Tuyến là ủy viên Ban Thường vụ Huyện ủy Chương Mỹ; trưởng Ban Tuyên giáo Huyện ủy Chương Mỹ. Đến tháng 5/2004, bà giữ chức phó chủ tịch UBND huyện Chương Mỹ.
Tiếp đó, giai đoạn từ tháng 9/2005 - 7/2008, bà Tuyến đã đảm nhiệm các chức vụ như tỉnh ủy viên, bí thư Tỉnh đoàn Hà Tây (cũ), chủ tịch Hội Liên hiệp thanh niên tỉnh Hà Tây (cũ).
Sau khi tỉnh Hà Tây được sáp nhập về Hà Nội vào ngày 1/8/2008, bà Nguyễn Thị Tuyến được giữ các chức vụ như thành ủy viên, phó trưởng ban thường trực Ban Tuyên giáo Thành ủy Hà Nội từ tháng 8/2008 - 6/2010. Đáng chú ý, bà từng được bầu làm đại biểu Quốc hội khóa XII trong giai đoạn từ năm 2007-2011.
Từ tháng 6/2010, bà Tuyến tiếp tục là thành ủy viên đồng thời được bổ nhiệm làm bí thư Huyện ủy Chương Mỹ. Sau đó, bà được bầu làm ủy viên dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng (khóa XI) từ năm 2011 - 2016.
Giai đoạn từ tháng 4/2015 - 6/2019, bà đảm nhiệm các chức vụ như ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy; ủy viên Đoàn Chủ tịch Tổng Liên đoàn Lao động Việt Nam; bí thư Đảng Đoàn; chủ tịch Liên đoàn Lao động thành phố Hà Nội; đại biểu HĐND thành phố Hà Nội khóa XIV nhiệm kỳ 2011 - 2016 và khóa XV nhiệm kỳ 2016 - 2021.
Tháng 6/2019, bà Nguyễn Thị Tuyến là trưởng Ban Dân vận Thành ủy Hà Nội. Tại hội nghị lần thứ nhất diễn ra ngày 12/10/2020 của Ban Chấp hành Đảng bộ thành phố Hà Nội khóa XVII, bà Tuyến đã được bầu làm phó bí thư Thành ủy Hà Nội nhiệm kỳ 2020 - 2025.
