Trinh Xuan Thuan est né en le 20 août 1948 à Hanoï (Vietnam). Il quitte Hanoi à l'âge de 6 ans. Sa famille s'établit alors à Sài Gon, ancienne capitale du Sud du pays, qui était alors séparé en deux par le 17e parallèle, conformément aux accords de Genève signés en 1954. Là, il fit des études, jusqu'au Bac, à l'école française Jean Jacques Rousseau. C'est grâce à un riche vocabulaire de français acquis à cette époque qu'il a pu écrire de grands ouvrages sur l'astrophysique, renommés tant en raison de leur exactitude scientifique que de leur caractère poétique. Il passe brillamment le bac en 1966 (mathématiques élémentaires mention très bien) au lycée Jean-Jacques Rousseau de Saïgon.

Après une année en Suisse, à l'Ecole polytechnique de Lausanne, il poursuit ses études dans les plus grandes universités américaines : au California Institute of Technology (Caltech), puis à Princeton où il obtient, en 1974, un Ph.D. en astrophysique sous la direction de l'éminent astrophysicien Lyman Spitzer, père du téléscope Hubble et l'un des pionniers de la physique du milieu interstellaire et des plasmas.