Nguyễn Phúc Lan là con trai thứ hai của chúa Nguyễn Phúc Nguyên, mẹ là là con gái của Mạc Kính Điển. Khi nhà Mạc bại vong, bà theo chú là Mạc Cảnh Huống chạy vào Nam, ở ẩn chùa Lam Sơn, Quảng Trị. Bà vợ của Cảnh Huống là Nguyễn Thị Ngọc Dương tiến cử bà vào hầu Nguyễn Phúc Nguyên.

Những người anh em cùng cha mẹ của Nguyễn Phúc Lan gồm có :

Con trai:

Anh cả tên Kì, làm Hữu phủ chưởng phủ sự, trấn thủ Quảng Nam, hàm Thiếu bảo, tước Quận công.

Con thứ 3 là Trung.

Con thứ 4 là Anh.

Con thứ 5 là Nghĩa chết sớm.

Con gái

Ngọc Liên.

Ngọc Hoa.

Ngọc Khoá.

Năm 1631, khi hoàng tử Kì chết, Nguyễn Phúc Lan được lập làm thế tử, ở dinh Thuận Nghĩa, năm Ất Hợi (1635) lên nối ngôi khi Nguyễn Phúc Nguyên chết, gọi là chúa Thượng.

Chống Trịnh

Em trai của Lan là Anh đang là Trấn thủ Quảng Nam, nghe tin Lan lên ngôi liền bí mật đầu hàng chúa Trịnh, cho đắp lũy Cu Đê để cố thủ, bày thủy quân ở Đà Nẵng chống lại chúa. Chúa đánh bắt được, tuy không nỡ nhưng cuối cùng cũng phải giết Anh và đồng đảng.

Năm Kỉ Mão (1639) vợ của Tôn Thất Kì là Tống Thị vào yết kiến chúa, vừa xinh đẹp lại giỏi ứng đối, kêu khổ xin chúa ban cho chuỗi ngọc Vạn hoa, chúa thương tình cho lưu lại cung phủ, đã có nhiều người can nhưng chúa không nghe.

Năm Canh Thìn (1640) quân Nguyễn chiếm được châu Bắc Bố Chính, chúa Trịnh lúc đó là Trịnh Tráng viết thư xin lại, chúa đồng ý. Từ đó chúa Nguyễn có ý khinh thị việc trong nước, chỉ lo vui yến tiệc, xây cung thất. Nhưng nhờ quần thần can ngăn, chúa sửa sai, bãi bỏ việc xây dựng tốn kém.

Tống Thị nhờ lấy lòng chúa rất khéo nên đã kiếm được rất nhiều của cải, người này nhờ cha Tống Phúc Thông ở đất Trịnh gửi một chuỗi ngọc biếu chúa Trịnh, xin Trịnh đem quân đánh Nguyễn, còn mình sẽ mang gia tài giúp quân lương. Trịnh Tráng nhận được thư, tức tốc đem quân đi đánh. Lúc đầu, Nguyễn Phúc Lan tự đánh trả, về sau con trai Nguyễn Phúc Tần và tướng Nguyễn Hữu Dật chỉ huy đã giành nhiều thắng lợi, bắt được nhiều tù binh của Trịnh.

Khi rút quân, Nguyễn Phúc Lan mất trên thuyền ngự ở phá Tam Giang, thọ 49 tuổi. Con ông là Nguyễn Phúc Tần lên nối ngôi.

Sau ông được nhà Nguyễn truy tôn là Thần Tông Hiếu Chiêu hoàng đế.