Hương Tràm sinh năm 1995 tại thành phố Vinh (Nghệ An) trong một gia đình có truyền thống về nghệ thuật. Bố cô là NSƯT Tiến Dũng chuyên về dòng nhạc dân gian, từng đoạt Huy chương Vàng tiếng hát chuyên nghiệp toàn quốc năm 1987 với ca khúc "Đi trong hương tràm", mẹ là bà Dư Thị Thủy, nghệ sĩ tại Đoàn ca múa Nghệ An. Hương Tràm còn có người anh trai là Phạm Tiến Mạnh, từng dự thi và lọt vào top 10 chương trình Sao Mai Điểm hẹn năm 2010.
Năm 2012, ở tuổi 17, Hương Tràm đã gây xôn xao dư luận khi trở thành quán quân gameshow Giọng hát Việt mùa đầu tiên. Thừa thắng xông lên, cô cho ra đời một loạt bản "hit", được công chúng yêu thích và đón nhận, có thể kể tới như: Ngốc; Em gái mưa; Ngại ngùng; Duyên mình lỡ... Giọng ca người Nghệ An cũng là nghệ sĩ Việt hiếm hoi nhận giải thưởng tại Mnet Asian Music Award (Giải thưởng Âm nhạc Châu Á Mnet), đồng thời là nghệ sĩ trẻ nhất giành hai giải thưởng tại Cống hiến (18 tuổi).
Tháng 5/2019, Hương Tràm đột ngột tuyên bố sẽ tạm dừng ca hát để sang Mỹ du học khi đang ở đỉnh cao sự nghiệp. Nữ ca sĩ cho biết, do không thể sắp xếp được cuộc sống, cô bị mất cân bằng, có dấu hiệu trầm cảm, đã phải sử dụng thuốc an thần trong suốt 5 năm. Sự ra đi bất ngờ của Hương Tràm gây ra nhiều đồn đoán trong dư luận.
Hiện tại, Hương Tràm đã có 5 năm sinh sống tại Mỹ. Cô vừa học, vừa làm, dành thời gian đi du lịch, khám phá những miền đất mới. Theo thời gian, nhan sắc và phong cách thời trang của Hương Tràm cũng có nhiều thay đổi so với thời điểm mới đăng quang.