PGS.TS. Trần Thị Thanh Hải tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, chuyên ngành Công nghệ Thông tin năm 2001. Sau đó, cô nhận học bổng của Cộng đồng Pháp ngữ (AUPELF–AUF) theo học chương trình cao học tại Grenoble INP (Institut National Polytechnique de Grenoble), Cộng hòa Pháp giai đoạn 2001–2002, chuyên sâu về xử lý ảnh, thị giác máy và robot.Từ năm 2002 đến năm 2006, cô tiếp tục nhận học bổng của một dự án châu Âu để thực hiện nghiên cứu sinh tại Grenoble INP trong cùng lĩnh vực và bảo vệ thành công luận án tiến sĩ (LATS) năm 2006.Năm 2007, cô làm nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu về Toán học và Tín hiệu Ngẫu nhiên IRISA (Rennes, Cộng hòa Pháp). Năm 2008, cô tham gia hoạt động nghiên cứu và phát triển tại Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế (CEA), Saclay, Cộng hòa Pháp.Năm 2009, cô trở thành giảng viên và nghiên cứu viên tại Viện Nghiên cứu Quốc tế MICA, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Từ năm 2020, cô công tác tại Viện Điện tử – Viễn thông (nay là Trường Điện – Điện tử).Năm 2018, cô được bổ nhiệm chức danh Phó Giáo sư. Năm 2022, cô được bổ nhiệm làm Giám đốc Chương trình đào tạo “Truyền thông số và Kỹ thuật Đa phương tiện” (ET-E16). Hiện nay, cô là giảng viên cao cấp tại Khoa Kỹ thuật Truyền thông, Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.