Phạm Tuân sinh ngày 14 tháng 2 năm 1947 tại xã Quốc Tuấn, huyện Kiến Xương, tỉnh Thái Bình (nay là xã Trà Giang, tỉnh Hưng Yên).

Phạm Tuân sinh ngày 14/2/1947 tại Thái Bình. Năm 1965, ông gia nhập Không quân nhân dân Việt Nam, sau đó được đào tạo phi công quân sự tại Liên Xô và trở thành phi công lái tiêm kích MiG-21 của Trung đoàn 921 Sao Đỏ. Trong thời kỳ kháng chiến chống Mỹ, ông tham gia chiến đấu bảo vệ bầu trời miền Bắc và được chọn vào lực lượng phi công bay đêm để đối phó máy bay B-52 của Mỹ.

Đêm 27/12/1972, Phạm Tuân cất cánh từ sân bay Yên Bái, bí mật tiếp cận đội hình máy bay Mỹ theo chiến thuật “đi thấp kéo cao”. Ông vượt qua các tiêm kích hộ tống F-4, áp sát B-52 ở cự ly gần rồi phóng hai tên lửa K-13, bắn rơi một chiếc B-52 trên bầu trời Hà Nội và trở về an toàn. Đây được xem là lần đầu tiên một máy bay B-52 bị tiêm kích bắn hạ trên không. Với chiến công này, ông được Đại tướng Võ Nguyên Giáp gửi điện khen và được phong tặng danh hiệu Anh hùng Lực lượng vũ trang nhân dân năm 1973.

Năm 1977, Phạm Tuân tiếp tục sang Liên Xô học tại Học viện Không quân Gagarin và sau đó được tuyển chọn vào chương trình bay vũ trụ Intercosmos. Ngày 23/7/1980, ông cùng nhà du hành Liên Xô Viktor Vasilyevich Gorbatko bay vào không gian trên tàu Soyuz 37, trở thành người Việt Nam và người châu Á đầu tiên bay vào vũ trụ.

Trong gần 8 ngày làm việc trên quỹ đạo, Phạm Tuân thực hiện nhiều thí nghiệm khoa học như nghiên cứu khoáng chất trong môi trường không trọng lực, trồng bèo hoa dâu và chụp ảnh Việt Nam từ không gian. Ông bay tổng cộng 142 vòng quanh Trái Đất trước khi trở về an toàn ngày 31/7/1980