Ông Thuấn sinh năm 1970, quê quán Bắc Ninh, là tiến sĩ chuyên về ung thư, có học hàm Giáo sư từ 2018, làm Giám đốc Bệnh viện K từ năm 2016. Ông Thuấn cũng là Bí thư Đảng ủy Bệnh viện K.
Trước đó, ông kiêm nhiệm Viện trưởng Viện Nghiên cứu ung thư quốc gia. Ông từng là Trưởng Bộ môn Ung thư Đại học Y Hà Nội.
GS-TS Trần Văn Thuấn là một trong các chuyên gia đầu ngành nghiên cứu phòng chống, điều trị bệnh ung thư tại Việt Nam. Trong số hàng chục công trình nghiên cứu khoa học GS-TS Thuấn trực tiếp hoặc là thành viên tham gia, tiêu biểu nhất là sản phẩm thuốc Aslem giúp tăng cường hệ miễn dịch, có tác dụng ức chế tế bào ung thư kéo dài cuộc sống cho bệnh nhân ung thư, nâng cao hệ miễn dịch đối với các bệnh gan mãn tính, phổi, HIV...
Ông có nhiều đóng góp tiêu biểu trong công tác vận động các nguồn lực, tổ chức các chương trình khám bệnh, phát thuốc miễn phí cho người nghèo, đối tượng chính sách ở địa bàn nông thôn, vùng sâu vùng xa trên khắp cả nước.
Với việc bổ nhiệm ông Thuấn là Thứ trưởng, Bộ Y tế có 5 Thứ trưởng: Nguyễn Thanh Long, Trương Quốc Cường, Đỗ Xuân Tuyên, Nguyễn Trường Sơn, Trần Văn Thuấn. Chức vụ Bộ trưởng vẫn để trống. Phó Thủ tướng Vũ Đức Đam hiện đang phụ trách Bộ Y tế.