Родился под именем Нгуен Фук Винь Тхюи (вьетн. Nguy?n Ph?c V?nh Th?y) в Хюэ, который в то время был столицей Вьетнама. По вероисповеданию — католик. Его отцом был император Кхай Динь (Kh?i ??nh). Получил образование в лицее Кондорсе и Парижском университете политических исследований. В 1925, после смерти отца, стал императором и принял имя Бао Дай, но также был известен под именами Нгуен Фук Тхиен (вьетн. Nguy?n Ph?c Thi?n) или Винь Тхюи (вьетн. V?nh Th?y). Фактически был марионеткой французской администрации, поскольку в то время Вьетнам входил в состав Французского Индокитая.
Женился 20 марта 1934, имел 5 детей. Помимо «главной» жены, имел ещё четырёх жён, от которых у него также были дети. Одна из его жён, Моника Бодо, была француженкой, но впоследствии приняла вьетнамское имя.
В 1940 Япония вторглась в Индокитай. Хотя формально французская администрация сохранилась, так как вишистская Франция была союзницей Германии и Японии, японцы стали активно вмешиваться в её политику. В 1945 японцы оказывали давление на Бао Дая, требуя провозгласить «независимость» Вьетнама и включить его в сферу влияния Японии, а в случае отказа грозили посадить на трон принца Кыонг Де (вьетн. C??ng ??). После поражения Японии к власти пришёл Хо Ши Мин, под давлением которого Бао Дай 25 августа 1945 отрёкся от престола и получил должность «верховного советника» нового правительства в г. Ханой, куда была перенесена столица. Тем не менее, коммунистам не удалось установить полный контроль над страной; в стране разгорелась гражданская война, которой воспользовались французы, чтобы остаться. Бао Дай вскоре уехал во Францию. В 1949 под давлением французов он вернулся и стал «главой государства» в Южном Вьетнаме (но уже не императором), однако вскоре вернулся во Францию и не принимал участия во вьетнамской политике.
После поражения французов под Дьенбьенфу в 1954 году Бао Дай вновь был назначен главой Южного Вьетнама в Сайгоне, однако он назначил главой правительства Нго Динь Зьема и переехал в Париж. Зьем в 1955 году организовал референдум, который отстранил Бао Дая от власти и провозгласил республику.
В 1972 г., находясь в Париже, Бао Дай призвал вьетнамский народ к национальному примирению. Северный Вьетнам предложил ему войти в коалиционное правительство. Бао Дай отказался, однако высказал резкую критику в адрес американцев и южновьетнамского президента Нгуен Ван Тхиеу.
Умер в военном госпитале Валь-де-Грас (фр. Val-de-Gr?ce) в Париже. Похоронен на кладбище Пасси в Париже. После его смерти династию Нгуен возглавил его старший сын Бао Лонг (вьетн. B?o Long).