Phạm Tư Trực hồi nhỏ có tên là Phạm Đăng Thê, tự Bang Phu, hiệu Trọng Thăng Tử, là con ông Phạm Hải, sinh quán ở làng Hoàng Xá, nay thuộc xã Nguyên Xá, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình. Thuở nhỏ Phạm Tư Trực chăm học, lại chăm lo việc nhà nông. Ông đỗ tú tài liền hai khoa Canh Tý (1900) và Quý Mão (1903). Đến khoa Bính Ngọ (1906) ông đỗ cử nhân thủ khoa. Thấy ông là người tài giỏi, chữ đẹp, Hoàng Cao Khải mời ép ông về tư dinh ở Thái Hà ấp chép hộ tập thơ chữ Hán, nhưng thực ra là dụ dỗ ông là làm quan dưới quyền hắn. Phạm Tư Trực lấy cớ còn mẹ già, kiên quyết từ chối xin về. Phủ Thống sứ Bắc Kỳ bổ nhiệm ông làm huấn đạo huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương.

Vốn sẵn lòng yêu nước, ông đã bí mật liên lạc với cử nhân Lương Văn Can, huấn đạo Nguyễn Quyền, hoàng giáp Đào Nguyên Phổ và một số nhà nho khác thành lập trường Đông Kinh nghĩa thục ở Hà Nội. Ông đư̖ử vào ban Tu thư viết và dịch sách giảng dạy ở nhà trường và dùng làm tài liệu trong các buổi diễn thuyết cổ súy tân học, bình văn thơ yêu nước. Phủ Thống sứ Bắc Kỳ cấp giấy phép cho trường không thể vừa cấp xong đã thu hồi, để đối phó, phủ Thống sứ cũng thành lập ban tu thư, do ông làm trưởng ban, buộc ông viết một cuốn Lịch sử Việt Nam.

Ông đã làm bài thơ chứa chan niềm tự hào dân tộc trong các cuộc chiến thắng ngoại xâm trong lịch sử, thực dân Pháp bèn cách chức trưởng ban tu thư ở phủ thống sứ của ông trả về làm huấn đạo huyện Thanh Miện.

Trong khi giữ chức Huấn đạo ở huyện Thanh Miện, Phạm Tư Trực vẫn làm nhiệm vụ ở ban tu thư. Ông sáng tác thơ văn theo tôn chỉ của trường là ca ngợi tinh thần bất khuất của Tổ tiên trong sự nghiệp đánh giặc cứu nước, khuyên mọi người đồng tâm đồng sức cứu nước.

Lời thơ của Phạm Tư Trực có những câu cứng như thép, quyết liệt được thể hiện trong bài Cải cách lối học:

Chí làm trai đứng trong trời đất

Phải sao cho tỏ mặt non sông

Kìa kìa mấy bậc anh hùng

Cũng vì thuở trước học không sai đường

Cuộc hoàn hải liệt cường tranh cạnh

Mở trí dân giàu mạnh biết bao

Nước Nam học vấn thế nào

Chẳng lo bỏ dại lẽ nào còn khôn

Chữ quốc ngữ là hồn trong nước

Phải đem ra tỉnh trước dân ta

Sách các nước, sách Chi-na

Chữ nào nghĩa ấy dịch ra tỏ tường.

Nhưng trong bài thơ “Mẹ khuyên con” thì lời thơ lại nhỏ nhẹ, tâm tình, đúng là tiếng tâm sự th thỉ của mẹ hiền:

Con làm sao cho thù báo nghĩa đền

Cho yên việc nước kẻo phiền mẹ cha

Con làm sao cho ích nước lợi nhà

Nước kia có vẹn thì nhà mới xong

Con làm sao, cho nổi tiếng Lạc Hồng

Văn minh đôi chữ đọ cùng Á, Âu.

Phạm Tư Trực còn dịch nhiều sách chữ Hán ra chữ Nôm như sách Đại học, Luận Ngữ, Kinh thi. Ông biên soạn các sách Ấu tân học thư, Nam quốc lịch sử giáo khoa thư, Tu thân, Luân lý giáo khoa thư.

Trong khi tham gia hoạt động ở Đông Kinh nghĩa thục, Phạm Tư Trực vẫn bí mật liên lạc với phong trào Đông du do Phan Bội Châu tổ chức.

Phạm Tư Trực mất ngày 15 tháng 3 năm Tân Dậu (1921) tại quê nhà, thọ 53 tuổi.