Tôn Thất Thuyết sinh năm 1835, quê ở thôn Phú Mộng, xã Xuân Long, tỉnh Thừa Thiên. Tôn Thất Thuyết xuất thân từ võ tướng học vấn không cao. Tự Đức đã có lần nhận xét về Tôn Thất Thuyết: “Học vấn còn ít”, “song có trí dũng, giỏi về việc binh”.

   Năm 1869, ông được bổ nhiệm làm Án sát Hải Dương. Sau đó làm tham tán cho Thống tướng Hoàng Kế Viêm. Ngày 21/12/1873, thực dân Pháp mở rộng cuộc xâm lược, đánh chiếm ra Bắc Kỳ, ông cùng Hoàng Kế Viêm tích cực chuẩn bị đối phó với giặc Pháp.

   Để thực hiện Hoà ước, triều đình mật điều Hoàng Kế Viêm, Tôn Thất Thuyết về phòng thủ ở quân thứ Tam Tuyên, không cho hoạt động ở Hà Nội nữa. Để yên lòng các tướng, tháng 3 năm Giáp Tuất (3/1874), Triều đình phong Hoàng Kế Viêm làm Hiệp biện đại học sĩ, tước Tử. Tôn Thất Thuyết được phong làm Binh bộ hữu Tham tri, phong tước Nam, Lưu Vĩnh Phúc làm Phó lãnh binh Tam Tuyên. Năm 1881, Tôn Thất Thuyết được phong chức “Thự thượng thư bộ binh”.

   Trong bài Dụ của Tự Đức nhân việc Tự Đức phong chức viết: “Dụ rằng, Nguyên thự Tổng đốc sung Hiệp đốc Tôn Thất Thuyết bị bệnh đã lâu, trước đã chuẩn cho giải chức về điều trị, nhiều lần cấp thuốc thang và cho thăm hỏi, nay lại được khoẻ, lại biết gắng lại xin lai kinh sung chức để báo đáp ơn sâu. Trẫm khen là người có lỗi mà biết sửa đổi… Vậy nên điều bổ cho chức Thự Binh bộ thượng thư, để cho xứng chức”.

   Tháng 6 năm 1883, Tôn Thất Thuyết được sung vào viện Cơ mật.

   Dưới triều Kiến Phúc, Tôn Thất Thuyết trên cương vị phụ chính đại thần, Thượng thư bộ Binh nắm trọn binh quyền đã có nhiều biện pháp mạnh, thực hiện mưu đồ chống Pháp. Đứng đầu phe chủ chiến: ông đã soạn thảo kế hoạch đánh Pháp lâu dài. ông lập công binh xưởng, dựa vào mẫu súng của Pháp cho chế tạo súng trường, súng máy. Ông cũng đôn đốc, đầu tư nhiều tiền bạc, xây dựng Tân Sở thành kinh đô dự bị, khi có biến sẽ rước vua tới đó. Các sơn phòng ở Quảng Nam, Quảng Ngãi cũng được bổ sung quân và vũ khí. Ông vẫn bí mật liên lạc với các quan văn võ kháng chiến ngoài Bắc vừa chuẩn bị thực lực ở miền Trung. Từ Ninh Bình đến Nghệ An, Quảng Trị ông đều củng cố tổ chức sơn phòng. Tại Nghệ An, ông giao cho Lê Doãn Nhạ khai hoang được 2070 mẫu đất trong núi sâu Nghệ An. Ở Quảng Trị, tại Cam Lộ, sơn phòng to lớn hơn cả tục gọi là Tân Sở. Phủ nha Quảng Trị được đưa vào đấy là nơi hiểm yếu, rộng rãi ở Cam Lộ. Tại đây Tôn Thất Thuyết đã đem châu báu, vàng bạc, lương thực, xây dựng căn cứ địa, khai hoang đất rừng thành ruộng, phòng khi cần vua sẽ lên đó.

   Đầu tháng giêng năm 1884 , Tôn Thất Thuyết lập “Phấn nghĩa quân” giao cho Trần Xuân Soạn tổ chức, huấn luyện. Khi thành lập Phấn nghĩa quân, Tôn Thất Thuyết giữ chức phụ chính đại thần, Hiệp biện đại học sĩ. Lãnh thượng thư bộ Lại và có chân trong viện Cơ mật và kiêm giữ chức Chưởng binh bộ sự vụ, kiêm quản văn ban, phò mã. Vệ uý lãnh kinh thành phó Đề đốc Trần Xuân Soạn trong dịp này được thăng lên Chưởng vệ.

   Tôn Thất Thuyết một mặt tích cực chuẩn bị kháng chiến, một mặt chăm lo đến đời sống vật chất và tinh thần của tướng lĩnh, quân lính tại ngũ.

   Năm 1886, Tôn Thất Thuyết nhận thấy phong trào kháng chiến có nhiều khó khăn, ông giao nhiệm vụ phò vua, đánh giặc cho các đình thần, hai con là Tôn Thất Đàm 19 tuổi, Tôn Thất Tiệp 15 tuổi, Đề đốc Lê Trực, Nguyễn Phạm Tuân cùng các quan bảo vệ vua Hàm Nghi rồi cùng Trần Xuân Soạn sang Trung Quốc cầu viện. Trên đường sang Trung Quốc, Tôn Thất Thuyết có ghé lại nhiều nơi có căn cứ kháng chiến như Hương Sơn, Hà Tĩnh của Phan Đình Phùng, Nguyễn Quang Bích ở Tiên Động, Vĩnh Phúc, Cai Kinh ở Lạng Sơn…

   Tôn Thất Thuyết đề nghị triều đình nhà Thanh giúp Việt Nam đánh Pháp. Khi đó Lý Hồng Chương đang giữ chức Toàn quyền Đại thần Trung Quốc, kẻ đã ký Hiệp ước thân thiện với Pháp đã tâu với Tây Thái hậu đày an trí Tôn Thất Thuyết tại La Đình, sau đưa về đày ở huyện Thiện Quan. Tôn Thất Thuyết hối hận vì mình đã quá tin tưởng vào nhà Thanh đến nỗi cơ nghiệp đổ vỡ thân bị cầm tù. Song ông được nhân dân Trung Quốc quý mến che chở nên vẫn liên hệ được với các đồng chí.

   Phẫn uất vì mình quá tin vào nhà Thanh sang cầu viện, nay về nước cũng không được vì thực dân Pháp đã đàn áp hầu hết các cuộc khởi nghĩa ở Trung Kỳ, Bắc Kỳ, đặt xong ách thống trị ở hầu hết các tỉnh Bắc Kỳ và Trung Kỳ. Ông về Long Châu dựng một cái lều nhỏ dưới chân đồi sống cô đơn, phẫn uất phát điên, hết khóc lóc lại réo bọn Pháp và Việt gian mà chửi rủa. Ông điên nhưng không phá phách gì của dân, nên dân thương ông thường đem thức ăn cho ông ăn, áo cho ông mặc. Con rể ông là Nguyễn Thượng Hiền cũng cùng hoạt động ở Trung Quốc trong tổ chức Việt Nam Quang Phục hội của Phan Bội Châu cũng bị mật thám Pháp thuê bọn lưu manh Trung Quốc giám sát không dễ dàng gì đến thăm nhạc phụ được. Nguyễn Thiện Thuật cũng chỉ thỉnh thoảng mới đến thăm ông được vì đối với nhà cầm quyền Pháp ở Đông Dương ông vẫn là một quốc sự phạm không thể tự do đi lại. Tôn Thất Thuyết mất vào tháng 3 năm 1913 tại Long Châu, thọ 79 tuổi, trong cảnh cô đơn.