Xuân Bắc sinh tại phố Thanh Hà, phường Thanh Miếu, thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ.
Từ năm 1982 - 1987: anh học tại Trường Tiểu học Hòa Bình, phường Thanh Miếu, TP. Việt Trì.
Từ năm 1987 - 1991: anh học tại THCS Lý Tự Trọng, phường Thanh Miếu, TP. Việt Trì.
Từ năm 1991 - 1994: anh học tại THPT Công nghiệp Việt Trì, TP. Việt Trì.
Năm 1998, anh tốt nghiệp Trường Đại học Sân khấu - Điện ảnh Hà Nội, sau đó làm việc tại Nhà hát kịch Việt Nam và làm MC cho một số chương trình truyền hình.
Anh kết hôn vào tháng 7 năm 2006.
Ngoài việc là một diễn viên, MC nổi tiếng, Xuân Bắc còn tham gia vào các hoạt động đoàn thể. Anh từng được trao tặng danh hiệu "Thanh niên ưu tú thủ đô".
Ngày 30 tháng 11 năm 2010, Xuân Bắc được chọn làm Đại sứ thiện chí của UNICEF về nước sạch và vệ sinh môi trường.[1]
Ngày 10 tháng 1 năm 2016, Xuân Bắc được trao tặng danh hiệu Nghệ sĩ ưu tú.
Tháng 9 năm 2016, Xuân Bắc được bổ nhiệm làm Phó Giám đốc Nhà hát kịch Việt Nam.
Trong chương trình Gặp nhau cuối năm do Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) tổ chức, Xuân Bắc luôn được chọn đóng vai Nam Tào cùng với bạn diễn Bắc Đẩu do nghệ sĩ ưu tú Công Lý thủ vai được đánh giá là một cặp bài trùng trên sân khấu để lại rất nhiều ấn tượng cho khán giả khi khởi chiếu mỗi dịp Tết.
Trong chương trình Hỏi xoáy đáp xoay, Xuân Bắc đóng vai MC Trần Xoáy, sau này được phong thành Tiến sĩ Xoáy cùng với Giáo sư Cù Trọng Xoay (nhân vật giả tưởng) do Đinh Tiến Dũng thủ vai. Tiến sĩ Xoáy là nhân vật chuyên đưa ra các câu hỏi hài hước làm khó vị Giáo sư Cù Trọng Xoay và sau này ông Xoày Trọng "." thay thế do ông Xoay đã đi "công tác" theo kịch bản.
Phần lớn các tập của gameshow Đuổi hình bắt chữ đều do Xuân Bắc làm MC.
Xuân Bắc đồng hành với chương trình Hành trình kết nối những trái tim từ những ngày đầu (khoảng năm 2009). Vai trò của anh trong chương trình này như người bình luận trước các tình huống và hành trình của các bạn trên chiếc xe hồng (LOVEBUS).
Năm 2014, Xuân Bắc tham gia dẫn chương trình Vũ điệu tuổi xanh, phiên bản nhí của Thử thách cùng bước nhảy: So You Think You Can Dance.
Đồng hành cùng Đồ Rê Mí từ năm 2011, Xuân Bắc đóng vai trò thành viên ban giám khảo. Anh là nhân tố không thể thiếu trong chương trình này.
Xuân Bắc tham gia chương trình hài tình huống Ơn giời cậu đây rồi! với vai trò MC. Anh đã thể hiện tốt việc dẫn dắt cũng như chống đỡ các pha khó đỡ trên sân khấu của các nghệ sĩ Trấn Thành, Việt Hương, Hoài Linh...
Xuân Bắc và con trai Bi tham gia chương trình Bố ơi! Mình đi đâu thế? mùa thứ 2 từ tập thứ 4, đồng hành cùng các cặp bố con Mạnh Trường, Minh Khang, Đỗ Minh.
Xuân Bắc tham gia dẫn chương trình Ban Nhạc Việt.
Cuối năm 2006, Xuân Bắc kết hôn với Nguyễn Hồng Nhung (sinh năm 1982). Năm 2016, Hồng Nhung là giảng viên khoa Sân khấu của Trường Cao đẳng Văn hóa Nghệ thuật Hà Nội. Hai người có hai con trai tên Nguyễn Nhật Khánh Minh (sinh ngày 2/9/2007) và Nguyễn Nhật Võ Nguyên (Bi béo, sinh ngày 19/08/2009).
