Thâm Tâm tên thật là Nguyễn Tuấn Trình, sinh ngày 12 tháng 5 năm 1917 tại thị xã Hải Dương, tỉnh Hải Dương.
Xuất thân trong một nhà giáo nền nếp, thuở nhỏ, từ năm 1938, ông học tiểu học ở Hà Nội, từng vẽ tranh để kiếm sống. Từ những năm 1940, ông tham gia viết báo, viết văn và thường được đăng tải trên Tiểu thuyết thứ bảy, Ngày nay, Tiểu thuyết thứ năm và Truyền bá quốc ngữ…
Ông từng thử sức trên nhiều thể loại nhưng thành công hơn cả vẫn là thơ.
Sau Cách mạng tháng Tám 1945, Thâm Tâm tham gia văn hóa Cứu quốc, ở trong Ban Biên tập báo Tiên Phong (1945-1946), sau đó ông nhập ngũ, làm thư ký tòa soạn báo Vệ quốc quân (sau là báo Quân đội Nhân dân).
Ông mất sau một cơn đau tim đột ngột ngày 18 tháng 8 năm 1950 trên đường đi công tác tại chiến khu Việt Bắc.
Thâm Tâm nổi tiếng với bài thơ Tống biệt hành. Sinh thời ông chưa in thơ thành tập. Sáng tác thơ của ông được xuất bản năm 1988 trong sưu tập Thơ Thâm Tâm.
Ngoài ra, Thâm Tâm còn có có 3 bài thơ Gửi T.T.Kh, Màu máu Tigôn, Dang dở. Đây là những bài thơ tình hay nhất của Thâm Tâm gởi cho thi sĩ bí ẩn T.T.Kh trong năm 1940. Trong các bài thơ, ông tự nhận là người tình cũ của T.T.Kh. Một số người còn cho rằng chính ông là T.T.Kh.
Thâm Tâm được truy tặng Giải thưởng Nhà nước về Văn học nghệ thuật năm 2007.
Tác phẩm thơ chính
Tống biệt hành (Thi nhân Việt Nam, 1942)
Ngẫm nghĩ cố sự
Chào Hương Sơn
Ly biệt
Vạn lý Trường thành (thơ in trên các báo trước 1945)
Chiều mưa đường số 5 (1948)
Thơ Thâm Tâm (1988)