Sách "Quốc sử quán triều Nguyễn" không ghi rõ Mai Anh Tuấn sinh năm nào mà chỉ biết ông mất năm 1855. Quê ông ở làng Thạch Giản, xã Nga Thành, huyện Nga Sơn, tỉnh Thanh Hóa, nhưng ông sinh tại thôn Hoàng Cầu, làng giáp Đông Các, huyện Vĩnh Thuận - Hà Nội (nay là Ô Chợ Dừa, quận Đống Đa (TP.Hà Nội).

Cha ông là Mai Thế Trinh, làm tri huyện Thanh Trì. Mẹ ông là bà Dương Thị Lan, người làng Thịnh Hào (Đống Đa, Hà Nội). Ông tổ bốn đời của Mai Anh Tuấn là tiến sĩ Hương lĩnh hầu Mai Thế Chuẩn.

Cũng theo sách trên, ban đầu, ông có tên do cha mẹ đặt là Mai Thế Tuấn, nhưng đến năm 1843, đời hoàng đế Thiệu Trị, Mai Anh Tuấn 28 tuổi và thi đỗ Đình nguyên Thám hoa. Ông được bổ làm Hàn lâm Thị độc, làm việc trong nội các triều đình. Sau khi thi đỗ Thám hoa, ông được vua Thiệu Trị yêu mến và đổi tên thành Mai Anh Tuấn.

Sinh thời, ông là người vui vẻ và nhã nhặn, rất ít khi khiến ai phải mất lòng. Ông mất ngày 6 tháng 4 năm Tự Đức thứ tám - 1855, trong một lần đi dẹp loạn ở Lạng Sơn. Do chưa rõ năm sinh nên đến ngày nay không ai biết ông thọ bao nhiêu tuổi. Một số tài liệu dân gian nói ông đỗ Thám hoa năm 28 tuổi. Nếu đúng vậy thì ông mất khi mới ngoài bốn mươi tuổi mà thôi.

Dưới thời trị vì của vua Tự Đức, ông đã từng dâng sớ với lời can gián nhà vua. Lời ấy đã được sách "Đại Nam chính biên liệt truyện" trân trọng ghi lại. Cụ thể là Mai Anh Tuấn đã can vua Tự Đức ngay khi nhà vua mới lên ngôi. Đó là năm đầu tiên của đời vua Tự Đức, tức năm Mậu Thân - 1848, có viên quan ở Việt Đông (tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc) là Ngô Hội Lân, vì gặp bão mà phiêu bạt đến nước ta. Nhà vua đã sai quan quân lấy thuyền đưa về. Bộ Lễ và bộ Hộ nhân đó xin theo lệ cũ, tức là đưa theo thuyền đi hộ tống viên quan này, đồng thời chở theo thóc gạo và gỗ quý, lại còn đem theo hai chục ngàn lạng bạc để sang mua hàng hóa chở về. Mai Anh Tuấn muốn ngăn mầm xa xỉ, bèn dâng sớ nói lời rất thống thiết với nội dung đại để như sau:

- Việc sang mua bán ở Việt Đông đã từng có lệnh đình chỉ, trong ngoài đều rõ cả. Nay, nếu cứ thương kẻ mắc nạn, mượn tiếng hòa hiếu với lân bang để doanh thương đổi chác, thế là giả danh đưa rằng người bị nạn để chở hàng hóa về, người nước láng giềng tất sẽ tự hỏi: Thuyền ấy là thuyền gì? Vả chăng, nay ở Lạng Sơn, bọn thổ phỉ (người nhà Thanh từ Trung Quốc) tràn sang dễ đã đến mấy tuần, công văn giấy tờ hai nước qua lại bất nhất, thế thì tai họa của viên quan ở Việt Đông kia chỉ là vớ vẩn, không đáng gì với tai nạn của dân ta ở Lạng Sơn. Thiết tưởng, việc làm của bộ Hộ và bộ Lễ không phải là việc nghĩa. Xin nhà vua hãy đem những thứ hàng hóa định chở sang Việt Đông mà thưởng cho binh lính, khiến họ quét nhanh đám giặc ngoài biên cõi thì tốt hơn.

Tờ sớ ấy dâng vào, vua Tự Đức không hài lòng vì cho rằng ông phạm tội "khi quân bất kính". Sau đó, vua Tự Đức sai bộ Lại bàn để trị tội, nhưng các vị đại thần đều liên tiếp dâng sớ xin tha. Nhà vua đã ra lệnh hạ chức, phái đi làm án sát tỉnh Lạng Sơn. Bấy giờ, loạn giặc đang bành trướng khắp vùng, ai cũng lấy làm nguy, nhưng riêng Mai Anh Tuấn vẫn điềm nhiên vào bái mạng để ra đi.

Đến Lạng Sơn, ông lo dẹp thổ phỉ để giữ gìn trị an. Năm 1851, quân thổ phỉ nhà Thanh tràn sang cướp phá vùng Tiên Yên rồi tiến sâu vào Lạng Sơn. Ông cùng với Chưởng vệ Nguyễn Đạc đem quân đuổi đánh, bước đầu thắng lợi. Nhưng sau đó Nguyễn Đạc bị trọng thương. Mai Anh Tuấn đem quân tiếp cứu nhưng gặp địa hình hiểm trở và sau đó cả ông và Nguyễn Đạc đều bị giết.

Hay tin ông tử trận, vua Tự Đức thương tiếc, lệnh đem thi hài ông về an táng tại Hoàng Cầu. Theo lệnh của vua, tỉnh Lạng Sơn và Thanh Hóa lập đền thờ ông. Linh vị và bát hương thờ được đặt ở đền Trung Nghĩa tại hoàng thành Huế, bên cạnh các danh thần nhà Nguyễn. Phần mộ của ông và miếu thờ tọa lạc tại thôn Hoàng Cầu (Hà Nội), được dân làng và con cháu thờ cúng.