Sinh ra ở Vinh, lúc học hết tiểu học, chị được các thầy giáo trong đó có đồng chí Trần Phú giác ngộ, tham gia các phong trào yêu nước. Năm 1927, chị đã tham gia thành lập Tân Việt cách mạng Đảng, 1929 thoát ly và năm 1930 gia nhập Đảng Cộng sản Đông Dương. Sau đó, chị ra Bắc và được cử sang Hương Cảng, công tác tại văn phòng của đồng chí Nguyễn Ái Quốc. Chị được phân công làm liên lạc cho Cục Phương Nam thuộc Bộ Phương Đông của Quốc tế Cộng sản. Để đảm bảo cho công tác, chị đã cật lực học và trong một thời gian ngắn đã thông thạo ba thứ tiếng Anh, Pháp, Hoa. Năm 1931, bọn phản động Quốc dân đảng bắt giam chị theo yêu cầu của thực dân Pháp ở Đông Dương. Chị đã giữ vững khí tiết, cùng với sự đấu tranh của Quốc tế đỏ, năm 1933 chị được trả tự do và bắt liên lạc với đồng chí Lê Hồng Phong. Năm 1934 đám cưới của chị cùng người đồng chí Lê Hồng Phong được tổ chức giản dị tại Thượng Hải.
Năm 1935, chị được cử vào đoàn đại biểu đi dự Đại hội Quốc tế Cộng sản lần thứ VII tại Moskva. Lần đầu tiên trên diễn đàn một đại hội quốc tế, người phụ nữ Việt Nam 24 tuổi dõng dạc đọc bài tham luận về vai trò của phụ nữ Đông Dương trong cuộc đấu tranh chống chiến tranh đế quốc và bảo vệ hòa bình. Sau đại hội, chị tiếp tục học Trường Đại học Phương Đông.
Đầu năm 1937 chị về đến Sài Gòn, được cử vào Xứ ủy Nam Kỳ và được chỉ định làm Bí thư Thành ủy Sài Gòn - Chợ Lớn với bí danh Năm Bắc. Với sự sâu sát, nắm chắc tình hình, lực lượng, chị đã khéo léo chỉ đạo tổ chức các cuộc đấu tranh ngay trong lòng Thành phố. Thời kỳ “Mặt trận Bình dân” là thời kỳ hoạt động sôi nổi với các cuộc đấu tranh của phong trào công nhân, phụ nữ, thanh niên... Trong thời gian này, đồng chí Lê Hồng Phong cũng hoạt động tại Sài Gòn. Năm 1939, con của hai người chào đời, đặt tên là Hồng Minh. Không bao lâu sau khi sinh con, chị phải gửi con lại cho cơ sở và gia đình ông bà Dương Bạch Mai chăm sóc. Do bị địch theo dõi gắt gao, đồng chí Lê Hồng Phong bị bắt, rồi chị Nguyễn Thị Minh Khai cũng bị bắt, bị đưa về bót Catinat và chúng bắt hai người nhận mặt nhau. Mặc dù bị tra tấn dã man, chị vẫn một mực trả lời không biết.
Đồng chí Nguyễn Thị Minh Khai và bà Crup-xkai-a (vợ Lê-Nin) tại Đại hội Quốc tế cộng sản lần thứ 7 năm 1935. (Nguồn: baonghean.vn)Trong nhà tù, Nguyễn Thị Minh Khai đã lấy máu mình viết lên cánh cửa phòng giam lời thơ khí khái:
Dù đánh, dù treo, càng cương quyết
Dù kềm, dù kẹp, chẳng sai lời
Hy sinh phấn đấu vì nhiệm vụ
Triệt để thực hành chết mới thôi.
Sau khởi nghĩa Nam kỳ, bọn thực dân đã tử hình chị cùng với các nhà cách mạng Nguyễn Văn Cừ, Hà Huy Tập, Phan Đăng Lưu, Võ Văn Tần, Nguyễn Hữu Tiến tại Hóc Môn.
Trước lúc hy sinh, chị đã gửi lời vĩnh biệt chồng, lời cảm ơn những người nuôi con mình và tước vải quần áo nhà tù đan gối gửi về tặng mẹ. Ngày 28/8/1941, trước khi ra pháp trường chị đã nhắn nhủ:
Vững chí bền gan ai hỡi ai
Kiên tâm giữ dạ mới anh tài
Thời cuộc đẩy đưa người chiến sĩ
Con đường cách mạng vẫn chông gai.
Lời tâm huyết sau cùng của chị: Việc chúng tôi làm là chính nghĩa. Vì muốn Tổ quốc chúng tôi được độc lập, dân chúng tôi được ấm no mà chúng tôi làm cách mạng.
Chị Hồng Minh, con gái của hai người anh hùng kể rằng, lúc nhỏ, từ khi sinh ra đã không có điều kiện sống gần ba mẹ, rồi hai người hy sinh lúc còn quá nhỏ. Các chú, bác công tác chung đã kể lại là tính ba điềm đạm, tính mẹ sôi nổi, hăng hái, tháo vát, không cam chịu, luôn phấn đấu và đặc biệt là thích tranh luận. Chú Lê Duẩn còn cho biết mẹ rất thích, rất mê coi cải lương.
Chị Hồng Minh được ra Bắc sau 1954. Chị nói, rất may, nếu không có chiến thắng Điện Biên chắc là bị thất lạc rồi. Ra Bắc 21 năm nhưng vẫn nói giọng miền Nam, vì sống nhiều nơi ở miền Nam lúc nhỏ. Cuộc sống lúc nhỏ cơ cực, mất mẹ cũng không còn dì, dì Quang Thái cũng hy sinh năm 1944. Hơn 10 tuổi, các cơ sở bị ruồng bố, chị phải đi ở đợ chỗ này, chỗ kia... Ra Bắc, học một thời gian rồi chị được sang Trung Quốc, Liên Xô học. Tốt nghiệp về cơ khí chế tạo máy ở Liên Xô, khi về nước làm việc ở Bộ Công nghiệp. Sau giải phóng chị về công tác ở Ban Tổ chức Thành ủy, làm Phó phòng Chính sách cho đến lúc về hưu năm 1995. Giờ chị và hai con (một gái, một trai), cùng các cháu sống ở một ngôi nhà nhỏ, được Thành ủy TP làm lại khang trang ở đường Bùi Thị Xuân, Quận 1, TPHCM. Nơi trang trọng nhất là nơi thờ cúng cha mẹ. Mộ ba vẫn để ở Côn Đảo, còn mẹ thì đã hòa vào lòng đất ở TPHCM.
Những năm ở Hà Nội, chị Hồng Minh đã nhiều lần được gặp Bác Hồ, lần đầu tiên do Bác Văn (đồng chí Võ Nguyên Giáp) chở tới. Chị cũng được các đồng chí lãnh đạo quan tâm chăm sóc. Bấy giờ, có người sợ rồi sẽ tự cao, tự đại, nhưng chị luôn cho rằng thương ba mẹ thì phải biết giữ gìn, biết tự kiềm chế. Giờ chị vẫn tâm niệm và hướng con cháu trở thành người lao động, sống có ích và quan trọng là sống có tình thương, con cháu phải tìm hiểu về ông bà, có tình cảm cách mạng và lý tưởng cách mạng. Chị Hồng Minh sống giản dị, chân phương, luôn thu hút người khác ở cái chất giản dị, chân tình và cái tâm trong sáng.
Di ảnh đồng chí Nguyễn Thị Minh Khai bên di ảnh người chồng - đồng chí Lê Hồng Phong trên bàn thờ ngày ngày vẫn ấm áp khói hương của con cháu, của đồng chí, đồng bào, nhất là của các bạn trẻ. Những người trẻ vẫn thường hay lui tới để tưởng nhớ về những nhà lãnh đạo ưu tú, trẻ tuổi của Đảng.
Đồng chí Nguyễn Thị Minh Khai – một nhà lãnh đạo tiêu biểu của Đảng, của cách mạng Việt Nam, người Bí thư Thành ủy Sài Gòn – Chợ Lớn hy sinh khi mới 31 tuổi nhưng cuộc đời, sự cống hiến cho sự nghiệp cách mạng là vô cùng to lớn, mãi là tấm gương, là biểu tượng đẹp của phụ nữ Việt Nam.