Theo sách Khâm định Việt sử Thông giám cương mục, Đại Nam thực lục, Việt Nam sử lược: Gia đình ông Hồ Phi Phúc ở thôn Tây Sơn, huyện Phù Ly, phủ Quy Nhơn; Hồ Phi Phúc có ba người con trai trưởng là Nguyễn Nhạc, thứ hai là Nguyễn Huệ và thứ ba là Nguyễn Lữ. Tổ tiên ba anh em là người huyện Hưng Nguyên, xứ Nghệ An, khoảng năm Thịnh Đức (niên hiệu Lê Thần Tông) (1653–1657) bị quân Chúa Nguyễn bắt được đem về, cho ở tại huyện Tuy Viễn thuộc phủ Hoài Nhân, kế tiếp vài đời, đến Nguyễn Nhạc được giữ chức Biện lại ở tuần Vân Đồn.[8][9]

Theo sách Lịch sử nội chiến Việt Nam từ 1771 đến 1802, tổ tiên Nhà Tây Sơn vốn là họ Hồ ở làng Hương Cái, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An, dòng dõi Hồ Quý Ly,[10] theo chân Chúa Nguyễn vào lập nghiệp miền Nam khi Chúa Nguyễn vượt Lũy Thầy đánh ra đất Lê – Trịnh tới Nghệ An (năm 1655). Ông cố (cụ nội) của Nguyễn Huệ tên là Hồ Phi Long (vào giúp việc cho nhà họ Đinh ở thôn Bằng Châu, huyện Tuy Viễn, tức An Nhơn) cưới vợ họ Đinh và sinh được một trai tên là Hồ Phi Tiễn. Hồ Phi Tiễn không theo việc nông mà bỏ đi buôn trầu ở ấp Tây Sơn, cưới vợ và định cư tại đó. Vợ của Hồ Phi Tiễn là Nguyễn Thị Đồng, con gái duy nhất của một phú thương đất Phú Lạc, do đó họ đổi họ của con cái mình từ họ Hồ sang họ Nguyễn của mẹ.[11] Người con là Nguyễn Phi Phúc cũng chuyên nghề buôn trầu và làm ăn phát đạt. Cũng có tài liệu cho rằng họ Hồ đã đổi theo họ Chúa Nguyễn ngay từ khi mới vào Nam.[10][11][12] Ông Nguyễn Phi Phúc có tám người con, trong đó có ba con trai: Nguyễn Nhạc, Nguyễn Huệ và Nguyễn Lữ.

Nguyễn Huệ sinh năm Quý Dậu năm con gà tức năm 1753 niên hiệu Cảnh Hưng thứ 13 dưới triều vua Lê Hiển Tông Nhà Hậu Lê. Ông còn có tên là Quang Bình,[13] Văn Huệ[14] hay Hồ Thơm. Sau này, người dân địa phương thường gọi ông là Đức ông Bình[15] hoặc Đức ông Tám.[10] Theo Quang Trung anh hùng dân tộc thì “Nguyễn Huệ tóc quăn, da sần, mắt như chớp sáng, tiếng nói sang sảng như tiếng chuông, nhanh nhẹn, khỏe mạnh, can đảm”. Sách Tây Sơn lược còn miêu tả đôi mắt Quang Trung “ban đêm khi ngồi không có đèn thì ánh sáng từ đôi mắt soi sáng cả chiếu”.

Về thứ tự của Nguyễn Huệ và Nguyễn Lữ trong các anh em, các nguồn tài liệu ghi không thống nhất: Các sách Đại Nam thực lục chính biên, Đại Nam chính biên liệt truyện, Tây Sơn thủy mạt khảo đều thống nhất ngôi thứ trong ba anh em Tây Sơn đã khẳng định rằng: "Con trưởng là Nhạc, kế là Lữ, kế nữa là Huệ"; Dân phủ Quy Nhơn xưa truyền lại rằng: Nguyễn Nhạc thuở đi buôn trầu nên gọi anh Hai Trầu; Nguyễn Huệ còn có tên là Thơm nên gọi là chú Ba Thơm; Nguyễn Lữ gọi là thầy Tư Lữ[a]; Theo thư từ của các giáo sĩ phương Tây hoạt động ở Đại Việt khi đó như Labartette, Eyet và Varen thì Nguyễn Huệ là em của Nguyễn Lữ. Nguyễn Lữ được gọi là Đức Ông Bảy còn Nguyễn Huệ là Đức Ông Tám; Lê Trọng Hàm trong sách Minh đô sử lại cho rằng Hồ Phi Phúc sinh "Nhạc, Lữ đến hai cô con gái rồi đến Huệ".

Lớn lên, ông và Nguyễn Nhạc, Nguyễn Lữ được đưa đến thụ giáo cả văn lẫn võ với thầy Trương Văn Hiến. Trương Văn Hiến là môn khách của Trương Văn Hạnh, còn Trương Văn Hạnh là thầy dạy của Nguyễn Phúc Luân - cha của Nguyễn Ánh. Sau khi Trương Văn Hạnh bị quyền thần Trương Phúc Loan hãm hại, Trương Văn Hiến chạy vào Bình Định. Chính người thầy này đã phát hiện được khả năng của Nguyễn Huệ và khuyên bảo ba anh em khởi nghĩa để xây dựng đại nghiệp. Tương truyền câu sấm "Tây khởi nghĩa, Bắc thu công" là của Trương Văn Hiến.[16] Tương truyền Nguyễn Huệ, Nguyễn Nhạc và Nguyễn Lữ đều là những người rất giỏi võ nghệ và là những người khai sáng ra một số võ phái Bình Định. Nguyễn Huệ khai sáng Yến phi quyền, Nguyễn Lữ sáng tạo Hùng kê quyền, và cả ba anh em Tây Sơn sáng tạo Độc lư thương. Tây Sơn tam kiệt có vai trò rất lớn cho sự hình thành, phát triển võ phái Tây Sơn Bình Định, là những đầu lĩnh sáng tạo, cải cách các bài quyền, bài binh khí để truyền dạy cho ba quân trong giai đoạn đầu khởi nghĩa.[17]

Vào thời bấy giờ, nước Việt chia làm hai, lấy sông Gianh làm giới tuyến; từ sông Gianh ra Bắc là đất của vua Lê- Chúa Trịnh; phía Nam là bờ cõi do các Chúa Nguyễn cai trị, truyền từ đời này qua đời kia, việc chính trị, kinh tế sắp xếp như một nước tự chủ. Các Chúa Nguyễn làm chúa truyền đời Vũ vương Nguyễn Phúc Khoát, ông định đô ở Phú Xuân, phong cho người con thứ 9 là Nguyễn Phúc Hiệu làm Thế tử. Năm 1765, Vũ vương mất, bây giờ thế tử Nguyễn Phúc Hiệu đã chết trước, con của Thế tử còn nhỏ, mà người con trưởng của Vũ vương cũng đã mất. Vũ vương lập di chiếu lập người con thứ hai tên Nguyễn Phúc Luân lên nối nghiệp chúa, nhưng viên quan phụ chính, cậu ruột của Vũ vương là Trương Phúc Loan có ý chuyên quyền, bèn đổi tờ di chiếu mà lập người con thứ 16 mới 12 tuổi lên ngôi, tức Chúa Nguyễn thứ 9, Định vương Nguyễn Phúc Thuần. Trương Phúc Loan làm phụ chính, là người tham lam, cậy quyền làm nhiều điều tàn ác, người dân trong nước ai cũng oán giận.[18]

Theo các sách sử Đại Nam thực lục, Khâm định Việt sử Thông giám cương mục của Nhà Nguyễn: Gia đình anh em Nguyễn Nhạc trú tại huyện Tuy Viễn thuộc phủ Hoài Nhân, kế tiếp vài đời, đến Nguyễn Nhạc được giữ chức Biện lại ở tuần Vân Đồn. Theo các sách này thì do đánh bạc tiêu mất tiền thu thuế, Nguyễn Nhạc bèn trốn vào Tây Sơn làm trộm cướp, những người vô lại và người nghèo đói phần nhiều phụ theo, vì thế thủ hạ có đến vài ngàn người. Nhạc cùng em là Văn Huệ, Văn Lữ chia nhau quản lãnh, rồi đi đánh cướp đồn ấp, viên tướng giữ trấn không sao kiềm chế được.[19][20][b] Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, tình tiết "Nguyễn Nhạc thua bạc nên đi trộm cướp" thực chất là chuyện thêu dệt của Nhà Nguyễn sau khi họ đã đánh bại Tây Sơn nhằm hạ uy tín đối thủ[21]. Việc anh em Nguyễn Nhạc khởi nghĩa chắc chắn phải được mưu tính từ lâu, từ việc chuẩn bị căn cứ, lương thực cho đến thu hút lực lượng tham gia, không thể chỉ là hành vi bột phát do "thua bạc".

Anh em Nguyễn Huệ làm học trò cho Giáo Hiến ở An Thái, người này đã diễn giải lời sấm Tây khởi nghĩa, Bắc thu công để khuyên Nguyễn Nhạc khởi binh. Nguyễn Nhạc cất binh khởi nghĩa năm 1771, xây dựng căn cứ chống chính quyền Chúa Nguyễn tại Tây Sơn, với danh nghĩa diệt trừ quyền thần Trương Phúc Loan, tôn phò Hoàng tôn Dương (tức Nguyễn Phúc Dương, cháu của Võ vương Nguyễn Phúc Khoát).[22] Trong giai đoạn xây dựng thế lực, Nguyễn Huệ đã giúp Nguyễn Nhạc xây dựng kinh tế và huấn luyện quân sự. Với sự ngầm trợ giúp về mặt tâm lý của thầy giáo Hiến và bản lĩnh cá nhân, Nguyễn Huệ đã nhanh chóng xây dựng được uy tín cho lực lượng Tây Sơn và cả cho cá nhân mình. Chẳng bao lâu sau, lực lượng của Nhà Tây Sơn mỗi ngày mỗi lớn và vững vàng. Những người hợp tác đầu tiên với Nhà Tây Sơn có Nguyễn Thung, Bùi Thị Xuân, Võ Văn Dũng, Võ Đình Tú, Trần Quang Diệu, Trương Mỹ Ngọc, Võ Xuân Hoài. Về sau, kẻ sĩ gần xa đến hưởng ứng thêm đông.

Lực lượng Tây Sơn không những đánh đâu thắng đó mà còn nổi tiếng vì bình đẳng, bình quyền, không tham ô của dân và lấy của người giàu chia cho người nghèo.[23] Điều đó được các giáo sĩ Tây Ban Nha, điển hình là Diego de Jumilla ghi lại trong sách "Les Espagnols dans l’Empire d’Annam" như sau:

Theo Lịch sử nội chiến Việt Nam từ 1771 đến 1802, lực lượng ban đầu của Nguyễn Nhạc có nhiều nhóm cư dân sở tại, bao gồm người Việt, người Thượng và người Hoa ở Tây Sơn. Có cả những người làm cướp như Nhưng Huy, Từ Linh ở vùng An Tượng, đám quân người Hoa của Tập Đình, Lý Tài, tất cả khối người sẵn sàng bạo động đó được Nguyễn Nhạc nối kết thành một lực lượng vững chắc.[22]

Quân Tây Sơn đánh chiếm các huyện, thành, thôn ấp, tuần phủ Quy Nhơn Nguyễn Khắc Tuyên cùng đề đốc Lý Trình đi đánh dẹp. Quân Khắc Tuyên đến Phù Ly gặp quân Tây Sơn do Nguyễn Huệ chỉ huy. Hai bên giao chiến, Lý Trình bị Nguyễn Huệ chém chết, Khắc Tuyên bỏ chạy về Quy Nhơn. Năm 1773, anh em Tây Sơn hạ được thành Quy Nhơn (kinh thành Đồ Bàn cũ của Chiêm Thành). Nguyễn Nhạc bèn thả tù phạm, lùa dân làm binh, dựng cờ hiệu của Tây Sơn lên thành, khiến cho Đàng Trong náo động. Chúa Nguyễn hay tin, sai Chưởng cơ Nguyễn Cửu Thống mang quân đi đánh Tây Sơn, bị Tây Sơn đánh bại. Thời Đàng Trong vốn hòa bình đã lâu, lính không quen việc binh, trong triều Trương Phúc Loan lại làm mất lòng người, lính ra trận là bỏ chạy, do vậy quân Tây Sơn ngày càng mạnh. Đến tháng 12 năm 1773, Chúa Nguyễn sai Tôn Thất Hương làm Tiết chế, đem nội quân và quân Tam Kỳ đến núi Bích Kê (thuộc Bình Định) bị quân Tây Sơn do Lý Tài, Tập Đình chỉ huy giết chết. Quân Tây Sơn làm chủ Quảng Ngãi, quân Nguyễn phải rút về, Nguyễn Nhạc sai quân chiếm các phủ Bình Khang, Diên Khánh. Bấy giờ, quân Tây Sơn chiếm một dải đất từ Quảng Ngãi vào Nam cho tới Bình Thuận.[25]