Nguyễn Tư Giản là một danh sĩ và là vị quan từng trải qua những chức vụ trọng yếu suốt gần 40 năm, phục vụ 7 đời vua triều Nguyễn, gồm: Thiệu Trị, Tự Đức, Dục Đức, Hiệp Hòa, Kiến Phúc, Hàm Nghi, Đồng Khánh.
Nguyễn Tư Giản là tên do vua Tự Đức đặt (tên thật là Nguyễn Văn Phú) quê phủ Từ Sơn, trấn Kinh Bắc (nay là xã Mai Lâm, Đông Anh - Hà Nội), xuất thân từ dòng họ khoa bảng nổi tiếng. Ông nội Nguyễn Tư Giản là danh sĩ Nguyễn Án - tác giả sách “Tang thương ngẫu lục”, cùng với Phạm Đình Hổ và nữ sĩ Hồ Xuân Hương gọi là tam tài tử.
Cha ông là Nguyễn Tri Hoàn, là hậu duệ của Hoàng giáp Nguyễn Thực - Tể tướng đời Lê trung hưng. Nguyễn Tri Hoàn làm quan tới chức Lang trung bộ Hình dưới thời Minh Mạng.
Từ nhỏ, Nguyễn Tư Giản nổi tiếng thông minh hay chữ. Lên 5 tuổi thì mẹ mất, lên 11 tuổi thì cha mất nên ông phải đến ở nhà ông bà ngoại bên ngoài Cửa Bắc thành Hà Nội, gần hồ Trúc Bạch.
Trong bài thơ “Đề Phổ Quang tự”, ông có lời chú giải nhắc lại chuyện cũ như sau: “Ông ngoại tôi làm Thiếu tư khấu (Tham tri bộ Hình), có nhà riêng ở phía Bắc cố đô Thăng Long. Nhà kề vườn sau của chùa Phổ Quang. Lúc nhỏ, tôi được nuôi dưỡng ở bên ngoài. Hàng ngày, tôi thường sang chơi đùa bên sân chùa, đá cầu, cưỡi ngựa tre”.
Ban đầu, ông học với anh cả là Nguyễn Đức Hiến đỗ Giải nguyên, làm Đốc học, sau theo học ông nghè Vũ Tông Phan ở thôn Tự Tháp, nằm ở phía Tây hồ Gươm thuộc phường Báo Thiên, huyện Thọ Xương (nay là quận Hoàn Kiếm).
Năm 19 tuổi, ông đi thi nhưng bị hỏng, ba năm sau mới đỗ Cử nhân ở Trường Hà Nội, năm sau thì đỗ Tiến sĩ đệ nhị giáp (tức Hoàng giáp) khoa Giáp Thìn (1844) dưới triều vua Thiệu Trị.
Sau khi vinh quy bái tổ ở quê nhà, ông vào Huế để nhận chức Tu soạn Hàn lâm viện, được cử biên tập bộ “Thiệu Trị văn quy” và được vua cho đổi tên Văn Phú thành Định Giản (đổi tên lần thứ nhất – PV). Ở đây ông gặp gỡ nhiều nhân sĩ có tư tưởng tiến bộ như Nguyễn Trường Tộ, Nguyễn Đức Hậu, Bùi Viện.
Theo các nguồn sử liệu, thời gian đó các đê sông ở Bắc Kỳ thường bị vỡ gây ra tai họa khủng khiếp cho nhân dân. Trong triều đình bấy giờ có hai chủ trương trái ngược nhau: Phái phá bỏ đê và phái tiếp tục đắp thêm đê. Bởi vậy, nhân chuyến về thăm quê, nhà vua muốn Hoàng giáp Nguyễn Tư Giản đi tra xét kỹ việc này.
Khi trở lại Huế, ông phân tích rồi kết luận rằng, việc phá bỏ đê là một điều rất nguy hiểm.
Sau đó đề nghị mười điểm: 1 - Đắp đê ở bờ biển để ngăn nước mặn, 2 - Nạo vét cửa biển để khỏi ứ đọng sỏi cát, 3 - Xây các đập để ngừa lúc nước lên to bất ngờ, 4 - Đào các sông nhánh để giữ dòng chính, 5 - Khơi các dòng cũ để phân tán sức nước lũ, 6 - Lấp các nguồn nước đọng để khỏi đọng bùn cát, 7 - Dự trữ tiền gạo để có sẵn chi phí, 8 - Trả tiền công hậu cho những người làm đê, 9 - Mở rộng việc quyên tiền để giúp cho những người trị thủy, 10 - Đặt ngạch dân đinh chuyên trách coi sóc đê điều, chống lụt.
Vì phương lược trị thủy Nhị hà, đang làm Thị lang bộ Lại, ông được cử làm Hiệp chính Biện lý đê chính sự vụ để lo việc trị thủy ở Bắc Kỳ. Mặc dù, ông và các cộng sự có nhiều cố gắng, nhưng các năm sau vẫn có chỗ vỡ đê, khiến nhà vua không hài lòng, cho giáng chức ông và Nguyễn Văn Vỹ vào tháng Giêng năm Tân Dậu (1861), rồi cho giải tán Nha đê chính vào mùa xuân năm sau (1862).
Sau này, các đánh giá lịch sử về những đề nghị trị thủy của Nguyễn Tư Giản phù hợp với sự hiểu biết theo Nho học thời bấy giờ. Tuy thiếu phần kỹ thuật khoa học nhưng là kết quả của những nhận xét tinh tế của ông theo hoàn cảnh lúc đó.
Nhân lúc này ở Bắc Ninh, Hải Dương đang có cuộc nổi dậy do Tạ Văn Phụng mạo xưng là dòng dõi vua Lê Lợi - đổi họ tên là Lê Duy Minh nêu chiêu bài “phục Lê, diệt Nguyễn” gây biến loạn – mà tục gọi là nạn giặc biển.
Giặc biển thường gọi là giặc Tàu Ô do gian thương, dân lưu vong nhà Thanh có hàng trăm thuyền chiếm đóng huyện Nghiêu Phong, huyện Yên Hưng, tỉnh Quảng Yên và huyện Kinh Môn tỉnh Hải Dương. Tại đây, chúng thường xuyên kéo quân đi cướp của giết dân, rất thảm khốc.
Nguyễn Tư Giản được bổ làm Tham biện quân vụ Hải - Yên (Hải Dương – Quảng Yên), dưới quyền chỉ huy của Tổng thống quân vụ Trương Quốc Dụng để giúp việc đánh dẹp, đây là việc làm rất khó khăn mới lạ đối với ông. Các trận đánh lớn ở Cát Bà, Chàng Sơn, Cành Động, U Lang, Trực Cát, Đồ Sơn… giặc có hàng trăm thuyền lớn, hàng ngàn tay súng.
Quân triều đình cần phải có nhiều lương, nhiều thuyền, nhiều súng mới có thể dẹp nổi giặc. Nguyễn Tư Giản khó lòng xoay xở, vì lúc này vua điều ông vừa phải lo việc quân nhu, lại vừa bắt ông kiêm nhiệm lo cả việc đê điều - với lý do chưa có người thay thế.
Bởi vậy, khi huyện Cẩm Giàng thuộc tỉnh thành Hải Dương bị quân nổi dậy kéo tới uy hiếp, Nguyễn Tư Giản bị đình thần hạch tội là bất lực và nhà vua đã chấp thuận cho bãi chức ông.
Tháng 6 năm Giáp Tý (1864), Tổng thống quân vụ Trương Quốc Dụng bị tử trận, nhà vua liền điều Tuần phủ Đỗ Quang và Nguyễn Hữu Thường, rồi lại phái thêm Thống tướng Nguyễn Tri Phương, Đốc binh Ông Ích Khiêm cùng Tán lý quân vụ Phạm Chi Hương hội quân đi đánh. Mãi đến mùa thu năm Ất Sửu (1865), sáu viên chỉ huy của đối phương, trong số đó Tạ Văn Phụng mới bị bắt.
Sau khi bị bãi chức, Nguyễn Tư Giản về dạy học ở làng Đôn Thư (Thanh Oai - Hà Tây) trong khoảng một năm. Sau đó chuyển ra Hà Nội dạy ở phố Hàng Bồ thêm khoảng hai năm nữa, thì được lệnh gọi vào Huế làm Tu soạn ở Viện Hàn lâm, rồi Thị độc học sĩ ở lầu Kinh Diên.
Năm Đinh Mão (1867), Nguyễn Tư Giản được thăng hàm Hồng lô tự khanh. Tháng 6 năm Mậu Thìn (1868), ông được vua chọn đi sứ sang nhà Thanh. Sứ đoàn do Lê Tuấn làm Chánh sứ, ông và Hoàng Tịnh làm Phó sứ.
Sang Trung Quốc, Nguyễn Tư Giản học hỏi được nhiều điều nên khi về nước, ông cùng với Nguyễn Trường Tộ, Nguyễn Đức Hậu, Bùi Viện dâng sớ lên vua Tự Đức đề nghị một chương trình canh tân tự cường, như cho mở rộng bang giao với các nước phương Tây, cử học sinh ra nước ngoài để học kỹ nghệ mới lạ... Tuy những điều ấy không được vua nghe theo, nhưng các kiến nghị canh tân ấy được người đương thời xem trọng, coi như một “tân đảng”.