Nguyễn Lý sinh năm nào chưa rõ. Năm ông qua đời, chúng tôi dựa theo tài liệu của Lê Quý Đôn (Đại Việt thông sử, Chư thần truyện) chứ các bộ chính sử không ghi chép gì. Nguyễn Lý đã có mặt bên cạnh Lê Lợi, cùng Lê Lợi tham gia chuẩn bi cho cuộc khởi nghĩa Lam Sơn. Ông là một trong số những người được tham dự Hội thề Lũng Nhai (Trong danh sách 19 người dự Hội thề Lũng Nhai (kể cả Lê Lợi), Nguyễn Lý đứng hàng thứ 17).

Đi với Lê Lợi và nghĩa sĩ Lam Sơn suốt cả cuộc trường chinh cứu nước, cứu dân, Nguyễn Lý đã lập được nhiều công lao to lớn, góp phần xứng đáng vào thắng lợi chung của cuộc chiến tranh giải phóng vĩ đại, lật nhào ách đô hộ của quân Minh. Cống hiến của Nguyễn Lý có thể tóm tắt qua mấy sự kiện tiêu biểu sau đây:

• Năm Mậu Tuất (1418): Khi Lê Lợi vừa phát lệnh khởi nghĩa thì lập tức, quân Minh đã hùng hổ kéo tới để đàn áp. Trong cuộc đọ sức không cân xứng này, nghĩa quân Lam Sơn đã chịu khá nhiều tổn thất. Lê Lợi buộc phải rút hết lực lượng về sách Mường Một (nay là vùng Bất Một, thuộc huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa), và sau đó là rút lên Linh Sơn. Giặc vừa chấm dứt cuộc vây hãm Linh Sơn, Lê Lợi liền cho quân sĩ trở về Lam Sơn, gấp rút củng cố đội ngũ, tăng cường tích trữ lương thực và sắm sửa thêm vũ khí để có thể chiến đấu lâu dài. Nhưng, trở lại Lam Sơn vừa được năm ngày thì Lê Lợi đã phải đối phó với những cuộc tấn công đàn áp rất quyết liệt của quân Minh. Một lần nữa, để tránh thế mạnh của địch, Lê Lợi đã chủ động cho quân rút về Lạc Thủy (tên một địa điểm nằm ở vùng thượng du sông Chu, tỉnh Thanh Hóa ngày nay).

Tại Lạc Thủy, Lê Lợi và Bộ chỉ huy Lam Sơn dự đoán rằng, quân Minh nhất định sẽ dốc sức đuổi gấp theo. Để ngăn chặn một cách có hiệu quả cuộc truy đuổi ráo riết của quân Minh, Lê Lợi và Bộ chỉ huy Lam Sơn quyết định bố trí một trận đồ mai phục hết sức lợi hại ngay tại Lạc Thủy. Tướng Nguyễn Lý vinh dự được trao chức phó chỉ huy trận mai phục này. Bấy giờ, cùng sát cánh với Nguyễn Lý còn có một số tưởng lĩnh xuất sắc khác như Lê Thạch, Lê Ngân, Đinh Bồ và Trương Lôi.

Sau những trận thắng nhỏ, quân giặc tỏ ra rất chủ quan. Chúng rầm rộ tiến vào Lạc Thủy với hy vọng sẽ đập tan hoàn toàn lực lượng Lam Sơn ở đấy. Nhưng, đúng lúc chúng hí hửng nhất thì quân mai phục của Lam Sơn bất ngờ xông ra. Sử cũ cho biết rằng ta đã “chém được vài ba ngàn tên, quân trang khí giới bắt được kể có đến hàng ngàn” (Lam Sơn thực lục, Quyển l)). Tướng chỉ huy cao nhất của quân Minh trong trận này là Mã Kỳ phải một phen thực sự kinh hoàng. Đây là trận thắng lớn đầu tiên của Lam Sơn, và kể từ trận thắng lớn này, tên tuổi của Nguyễn Lý ngày càng nổi bật.

• Năm Canh Tý (1420): Lê Lợi và Bộ chỉ huy Lam Sơn đóng ở Mường Thôi (Thanh Hóa). Lần này, hai tướng cao cấp của giặc là Lý Bân và Phương Chính đem trên 10 vạn quân, đánh thẳng vào khu căn cứ mới của Lê Lợi. Kẻ dẫn đường cho quân Minh là tên Việt gian Cầm Lạn. Lúc này, Cầm Lạn đang giữ chức Đồng Tri châu ở Quỳ Châu (nay là vùng Quỳ Châu, tỉnh Nghệ An).

Để giành thế chủ động tấn công và đánh địch một trận thật bất ngờ, Lê Lợi phái các tướng Lý Triện, Phạm Vấn và Nguyễn Lý, đem quân đến mai phục sẵn ở Bồ Mộng là một vi trí rất hiểm yếu, nằm trên tuyến đường dẫn vào Mường Thôi. Hẳn nhiên, với tương quan lực lượng quá chênh lệch như vậy, đội quân mai phục do các tướng nói trên chỉ huy chỉ có thể lợi dụng thế bất ngờ để tiêu hao một phần sinh lực giặc và ngăn cản bớt bước tiến ồ ạt của chúng mà thôi.

Quả đúng như dự kiến của Lê Lợi và Bộ chỉ huy Lam Sơn, Lý Bân và Phương Chính cứ hăm hở đi mà không hề nghi ngờ gì. Bình tĩnh chờ cho đến lúc lực lượng tiên phong của chúng vừa lọt vào ổ mai phục ở Bồ Mộng, Nguyễn Lý, Phạm Vấn và Lý Triện liền hạ lệnh cho quân sĩ bốn bề nhất loạt xông ra. Trong trận đánh này Lam Sơn đã tiêu diệt được một bộ phận khá lớn sinh lực của giặc (Về quân số giặc bị tiêu diệt trong trận Bồ Mộng, theo Lam Sơn thực lục là hơn 300 tên, nhưng theo Đại Việt thông sử thì lại là hơn 3000 tên), khiến cho “bọn Lý Bân và Phương Chính chỉ chạy thoát lấy thân. Quân ta thừa thắng, đuổi luôn sáu ngày đêm mới thôi” (Lam Sơn thực lục, Quyển l).

• Cuối năm 1424, Lam Sơn liên tục tổ chức nhiều trận tấn công vào các đơn vị quân Minh ở Nghệ An. Nguyễn Lý là một trong những tướng có vinh dự tham gia nhiều trận lớn như Bồ Đằng, Trà Lân, Khả Lưu, Bồ Ải... Nhờ lập được nhiều công lao, ông được Lê Lợi cho thăng dần đến hàm Thiếu úy.
  

• Năm Bính Ngọ (1426) và năm Đinh Mùi (1427): Nguyễn Lý được lệnh cùng với một số tướng lĩnh khác, chỉ huy lực lượng Lam Sơn tấn công vào hai thành trì rất kiên cố, đó là Tam Giang và Xương Giang. Ông đã hoàn thành tốt các nhiệm vụ được giao: đánh bại thành Tam Giang và đặc biệt là san bằng thành Xương Giang, phá tan chỗ dựa của viện binh giặc. Sau khi hạ xong thành Xương Giang, Nguyễn Lý lại được trao sứ mệnh quan trọng mới là cùng với tướng Lê Văn An, đem 3 vạn quân lên khu vực Chi Lăng để tiếp ứng cho lực lượng Lam Sơn tại đây. Ông đã góp phần quan trọng vào thắng lợi chung của quân Lam Sơn tại Chi Lăng, Cần Trạm, Phố Cát và Xương Giang.

Nhờ những công lao to lớn nói trên, năm 1428, Nguyễn Lý được tấn phong là Tư mã, được quyền tham dự triều chính, được xếp vào hàm Suy Trung Tán Trị Hiệp mưu Công thần. Năm 1429, triều Lê dựng biển khắc tên 93 Khai quốc Công thần, tên của Nguyễn Lý được xếp vào hàng thứ 6. Năm 1430, Nguyễn Lý được tấn phong hàm Nhập nội Kiểm hiệu Tư không.

Năm 1434, vì bị Đại Tư đồ Lê Sát ghen ghét, ông bị đẩy đi làm Tổng quản ở Thanh Hóa rồi sau đó là Đồng Tổng quản Bắc Giang Hạ. Năm 1437, Lê Sát bị bãi chức, ông được gọi về triều, giữ chức Nhập nội Thiếu úy, kiêm coi các việc quân cơ ở Tây Đạo.

Năm 1445, Nguyễn Lý qua đời. Vì chưa rõ năm sinh, nên không rõ bấy giờ ông đã hưởng thọ bao nhiêu tuổi.

Năm Hồng Đức thứ 15 (tức là năm 1484), vua Lê Thánh Tông đã xuống chiếu truy tặng Nguyễn Lý hàm Thái bảo, tước Phúc Quốc công.