Sinh năm 1989, xuất thân trong gia đình theo nghiệp võ thuật, Duy Nhất có cha là Nguyễn Trần Diệu, võ sư sáng lập bộ môn Tấn Gia Quyền của võ thuật Việt Nam, còn mẹ anh là võ sĩ Minh Ánh Ngọc. Cả cha và mẹ của anh đã từng vô địch quốc gia trên võ đài tự do nhiều năm về trước. Kế thừa dòng máu võ thuật, Nguyễn Trần Duy Nhất bắt đầu tập luyện võ thuật từ năm lên ba tuổi. Sau đó bắt đầu thi đấu ở các giải đấu cơ sở khi lên 14 tuổi.
Năm 2007, Duy Nhất rời Lâm Đồng vào Thành phố Hồ Chí Minh theo đuổi đam mê của bản thân. Anh theo học ở Trường đại học Thể dục Thể thao thành phố và bắt đầu tiếp xúc với bộ môn Muay Thái rất tình cờ khi xem một bộ phim của điện ảnh Thái Lan thuộc thể loại hành động-võ thuật. Cảm thấy những đòn thế trong phim thật tương đồng với những thế võ mà cha và mẹ hay dùng để thi đấu, Duy Nhất quyết định thử sức và được gia đình vô cùng ủng hộ. Năm 2008, anh chính thức tham gia vào đội tuyển Muay Thành phố Hồ Chí Minh, tập luyện và thi đấu các giải cấp thành phố, quốc gia và quốc tế.
Đồng chí Nguyễn Ngọc Tú, Bí thư Chi bộ Trung tâm Thể dục Thể thao Quận 5 nhận xét, trong sự nghiệp thi đấu, Nguyễn Trần Duy Nhất đã tham gia nhiều giải trong và ngoài nước, đạt được nhiều thành tích xuất sắc, đóng góp vào thành tích chung của thể thao Việt Nam góp phần quảng bá hình ảnh của đất nước đến bạn bè trên toàn thế giới. Tại các giải thi đấu quốc gia, Duy Nhất lần đầu tham gia giải và giành ngôi vô địch năm 2007, sau đó trong suốt thời gian dài từ năm 2009 đến năm 2020 anh “thống trị” ngôi vô địch với thành tích 12 Huy chương vàng. Giới chuyên gia kinh ngạc, còn người hâm mộ thì gọi anh bằng danh xưng “Độc cô cầu bại”.
Tại các lần diễn ra Đại hội thể thao Đông Nam Á, Nguyễn Trần Duy Nhất tham gia lần đầu là SEA Games 2009 tại Lào và giành được Huy chương bạc. Anh tham gia SEA Games 2013 tại Malaysia và SEA Games 2019 ở Philippines, giành 3 Huy chương đồng. Tại SEA Games 31 năm 2021 tổ chức tại Việt Nam, anh đã đạt thành tích xuất sắc đoạt Huy chương vàng và SEA Game 32 năm 2023 tổ chức tại Campuchia, anh giữ vai trò huấn luyện viên môn Kun Khmer (tương tự Muay Thái) của đội tuyển thành phố và đạt thành tích: 1 Huy chương vàng, 5 Huy chương bạc, 3 Huy chương đồng.
Khi được hỏi về quá trình thi đấu các giải vô địch thế giới, đồng chí Nguyễn Ngọc Tú cho biết, Duy Nhất có tám lần vô địch thế giới (bán chuyên nghiệp hạng B) từ năm 2010 đến năm 2018 và giữ trong tay chiếc đai WMF danh giá của Liên đoàn Muay Thái thế giới. Tại hạng chuyên nghiệp (hạng A) của Giải vô địch Muay Thái thế giới (tổ chức tại Thái Lan năm 2019), với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, vận động viên Nguyễn Trần Duy Nhất đã đoạt Huy chương đồng hạng cân 60 kg. Với thành tích đạt được, vận động viên Nguyễn Trần Duy Nhất đã có bước tiến mới trong sự nghiệp thi đấu của mình, vững bước ở thể thức chuyên nghiệp thế giới.
Tháng 1/2018, Nguyễn Trần Duy Nhất chính thức được Giám đốc Trung tâm Thể dục Thể thao Quận 5 bổ nhiệm chức vụ Trưởng bộ môn Muay Quận 5. Với vai trò trưởng bộ môn, anh đã góp sức để phong trào tập luyện bộ môn Muay ở Quận 5 phát triển suốt 5 năm qua. Bộ môn Muay đã đóng góp vào thành tích chung của thể thao Quận 5 với hơn 60 huy chương các loại, trong đó có 30 Huy chương vàng.
Được sự quan tâm và tạo điều kiện của Ban Giám đốc Trung tâm Thể dục Thể thao Quận 5 cùng nguồn kinh phí xã hội hóa, mới đây, Câu lạc bộ No1 (tập luyện Muay Thái tại Quận 5) ra đời với hơn 60 võ sĩ thường xuyên tập luyện. Với tài năng và sự hết lòng cống hiến cho sự nghiệp thể thao Việt Nam của Nguyễn Trần Duy Nhất, Câu lạc bộ No1 không chỉ đào tạo nhiều võ sĩ trẻ tài năng cho phong trào thi đấu Muay Quận 5 mà còn quảng bá hình ảnh bộ môn Muay như một phương pháp rèn luyện thể chất và tinh thần một cách hiệu quả, phù hợp với mọi lứa tuổi.
Nhận thấy sức hút từ hình ảnh đẹp, lối sống chan hòa, có lý tưởng, võ sĩ Nguyễn Trần Duy Nhất, đã nhận được nhiều bằng khen của Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch Việt Nam, bằng khen của Thủ tướng Chính phủ (từ năm 2009 đến năm 2013). Với những thành tích xuất sắc, ngày 1/9/2023, quần chúng ưu tú Nguyễn Trần Duy Nhất đã vinh dự trở thành đảng viên Đảng Cộng sản Việt Nam.
