Sinh ra từ gia đình nông dân ở làng xã Bùi Xá, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh, ông sớm tham gia cách mạng. Tháng 2 năm 1947, ông nhập ngũ vào bộ đội địa phương, rồi năm 1951, ông đi chiến trường Thừa Thiên tham gia trực tiếp chiến đấu. Sau năm 1954, ông làm công tác văn nghệ trong quân đội. Cuối năm 1959, ông về Tổng cục Chính trị, sau đó về Tạp chí Văn nghệ Quân đội. Năm 1987, ông được biệt phái sang Hội Nhà văn làm Phó ban Hội viên kiêm Chánh văn phòng.
Trong cuộc kháng chiến chống Mỹ, nhà văn Xuân Thiều đã đi thực tế tại chiến trường khu 5. Ông viết nhiều truyện ngắn, truyện thiếu nhi, truyện phim, tiểu thuyết… đã xuất bản: Đôi vai (truyện ngắn 1961), Một người lính (truyện ngắn 1961), Chiến đấu trên mặt đường (ký 1968), Trời xanh (truyện ngắn 1969), Thôn ven đường (tiểu thuyết 1972), Đi xa (tùy bút 1973) Từ một cánh rừng (truyện phim 1975), Khúc hát mở đường (truyện thiếu nhi 1981), Gió từ miền cát (truyện ngắn 1989), Tư Thiên (tiểu thuyết 2 tập 1995), Tiếng nói cảm xúc (phê bình tiểu luận 1996)…
Nhà văn Xuân Thiều đã nhận được nhiều giải thưởng văn học qua các cuộc thi truyện ngắn của: Tạp chí Văn nghệ Quân đội, Liên hiệp các Hội Văn học Nghệ thuật VN, Giải thưởng Nguyễn Đình Chiểu, Giải thưởng của UB Thiếu niên, Nhi đồng và Hội Nhà văn VN. Ông cũng được Giải thưởng Nhà nước về văn học nghệ thuật, được Nhà nước tặng Huân chương Độc lập hạng ba, Huân chương Kháng chiến chống Mỹ hạng nhất, Huân chương Chiến công hạng nhì, Huân chương Chiến sĩ vẻ vang hạng nhất, nhì và ba, huy chương Quân kỳ quyết thắng, huy hiệu 60 năm tuổi Đảng.
Lễ viếng nhà văn Xuân Thiều từ 8 giờ ngày 7-4-2007 tại nhà tang lễ Bộ Quốc phòng Hà Nội. Lễ truy điệu và đưa tang lúc 10 giờ 20 phút cùng ngày. An táng tại nghĩa trang Công viên Vĩnh Hằng, xã Vật Lại, huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây.
