Nghệ sĩ Nhân dân Ái Liên sinh năm 1920 ở Ngõ Nghè, nay là phố Lê Chân (Hải Phòng) trong một gia đình giàu truyền thống nghệ thuật. Mẹ bà tên Trần Thị Sinh, diễn viên cải lương nổi tiếng thời đó. Cha bà là Thái Đình Lan, một tiểu thương thuộc lĩnh vực hàng hải.
Thuở bé, Ái Liên đã say mê nghệ thuật cải lương, được mẹ và các anh chị trong đoàn chỉ dạy về bộ môn này. Bà sớm bộc lộ năng khiếu, tinh thông các loại nhạc cụ dân tộc như đàn kìm, cò, sến, độc huyền, đánh trống, mõ thanh, thập lục, hay dương cầm, vĩ cầm, tây ban cầm, hạ uy cầm, trống jazz...
Năm 16 tuổi, bà trở về Hải Phòng, sau đó tham gia các đêm diễn từ thiện với danh nghĩa tài tử. Sau đó, Ái Liên được Hội kịch Bắc Kỳ (La Scène Tonkinoise) mời làm diễn viên, đóng vai Yến trong vở opéra comique mang tên Kịch trường vạn tuế của Trần Ngọc Diệp. Sau đó, bà nhanh chóng trở thành ngôi sao của đoàn kịch La Scène Tonkinoise.
Trong cuốn tự truyện Để gió cuốn đi, con gái NSND Ái Liên (ca sĩ Ái Vân) từng chia sẻ: Năm 16 tuổi, bà đã tham gia cuộc thi người đẹp Bắc Kỳ và đoạt giải cao nhất. Cũng bởi vậy, nhiều người gọi Ái Liên là Hoa khôi đất Bắc, Hoa khôi Hà Nội, Hoa khôi Đông Dương…
"Ngày đó, hình ảnh Ái Liên trong bộ áo đuôi tôm trắng, mũ ống trắng, tay cầm can trắng nhảy cracket điệu nghệ trong các bài hát nước ngoài lời Việt đã trở thành biểu tượng âm nhạc những năm 30-40 thế kỷ trước. Má tôi cũng là người đi đầu và khởi xướng các trào lưu thời trang lúc đó bằng các mode áo dài mà má mặc hàng ngày. Báo chí săn đón chụp hình khiến hình ảnh của má tôi mỗi ngày mỗi rực rỡ. Việc quản lý và hướng dẫn má tôi do bà ngoại đảm nhiệm, giống như bầu show hiện nay. Bà đưa ra cho má một lịch sinh hoạt khá chuyên nghiệp: đúng 12 giờ trưa ăn cơm, 17 giờ ăn nhẹ và sau khi đi diễn về mới ăn uống hoành tráng và linh đình" - ca sĩ Ái Vân viết.
Nghệ sĩ Ái Liên từng được triều đình Huế tặng huy chương Nam Long bội tinh. Đoàn của bà cũng lưu diễn khắp Đông Dương, giành được những thành tựu lớn. Quốc vương Sihanouk (1922- 2012) từng đích thân lên sân khấu trao tặng huy chương cho nghệ sĩ Ái Liên.
Sau năm 1954, nghệ sĩ giữ vai trò trưởng đoàn cải lương Bắc Trung ương (nay là Nhà hát Cải lương Việt Nam), Uỷ viên Ban chấp hành Hội Nghệ sĩ sân khấu Việt Nam, tích cực tham gia cải lương cách mạng phía Bắc, tham gia công tác giảng dạy đào tạo nhiều thế hệ diễn viên của Nhà hát.
Năm 1991, nghệ sĩ Ái Liên qua đời. 6 năm sau, bà được truy tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân dân.