Xuất thân trong gia đình nông dân Công giáo tại huyện Hương Khê, Hà Tĩnh, sau khi tốt nghiệp 2 trường đại học Văn khoa và Luật năm 1961 tại Sài Gòn, ông được cấp học bổng đi du học tại Pháp. Năm 1966, Linh mục Nguyễn Đình Thi bảo vệ thành công luận án tiến sĩ triết học tại Trường Đại học Sorbonne (Paris). Sau đó, ông được mời làm chuyên viên nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu khoa học Pháp (CNRS) về khoa học xã hội.
Nhắc đến tên ông, người ta nhắc đến một nhà hoạt động xã hội kiên trì, năng động. Từ năm 1963, ông và bạn bè người Việt Nam du học tại Pháp đã tiến hành nhiều hoạt động đấu tranh vì hòa bình, độc lập của nước nhà. Năm 1963, Trung tâm Liên lạc văn hóa Âu - Á tại Pháp ra đời và 4 năm sau (tháng 2-1967) thì đổi tên thành Hội Huynh đệ Âu - Á và trong các hoạt động hướng về đất mẹ thì lấy tên là Hội Huynh đệ Việt Nam.
Lúc này, cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước của nhân dân ta đang diễn ra ác liệt, cũng là thời gian ở Paris diễn ra cuộc hội nghị về Việt Nam, Hội Huynh đệ Việt Nam đã bắt tay ngay vào công việc. Dưới sự lãnh đạo của Linh mục Nguyễn Đình Thi, Hội đã phối hợp với các tổ chức tiến bộ trên thế giới tổ chức 3 hội nghị quốc tế ủng hộ và vận động cho hòa bình ở Việt Nam: Hội nghị ở Paris năm 1971, Hội nghị Quebec (Canada) năm 1972 và Hội nghị Turin (Italia) năm 1973 với sự tham gia của hàng trăm tổ chức quốc tế thuộc hàng chục nước trên thế giới.
Sau ngày Hiệp định Paris được ký kết và nhất là khi miền Nam hoàn toàn giải phóng, đất nước thống nhất, mọi hoạt động của Hội luôn hướng về quê hương. Năm 1975 và năm 1978, cùng với Tổ chức Tương trợ Tin lành (Thụy Sĩ), Hội Huynh đệ Việt Nam đã tổ chức hai hội nghị quốc tế tại Paris và Zurich (Thụy Sĩ) để vận động nhân dân thế giới tiếp tục giúp đỡ Việt Nam hàn gắn vết thương chiến tranh và tái thiết đất nước. Năm 1975, Hội Huynh đệ Việt Nam đã phát động cuộc vận động "Một máy bay cho Đà Nẵng" nhằm vận động gửi thuốc men, quần áo, thiết bị y tế cho Việt Nam. Tháng 4-1975, ba chuyến bay mang theo thuốc men, lương thực… trị giá hơn nửa triệu USD đã đáp xuống sân bay Đà Nẵng. Cứ như vậy, Hội và Linh mục Nguyễn Đình Thi đã tổ chức nhiều hoạt động cứu trợ, các hoạt động giáo dục, văn hóa và nhân đạo cho đồng bào trong nước. Đến nay, hơn 200 cơ sở của Hội Huynh đệ Việt Nam đã có mặt ở trên 28 tỉnh, thành trong cả nước, hoạt động ở nhiều lĩnh vực như kinh tế, văn hóa, giáo dục và đào tạo, từ thiện và nhân đạo. Riêng trại trẻ mồ côi đã có 8 trung tâm…
Còn tại Pháp, nhiều người Việt Nam và bạn bè Pháp biết thành phố Montreuil, biết đến ngôi nhà của Cha Thi (tên thân mật của Linh mục Nguyễn Đình Thi) ở phố Babeuf. Ban đầu, đây là nơi tập trung đồ dùng quyên góp như thuốc men, quần áo, lương thực, thiết bị y tế... để gửi về Việt Nam. Đến năm 1974, Hội Huynh đệ Việt Nam đã mua ngôi nhà trả góp trong 20 năm. Từ năm 1975, nơi ấy đã trở thành một địa chỉ thân thuộc với cái tên "Mái ấm gia đình Việt Nam trên đất Paris". Ngôi nhà Babeuf là một địa chỉ luôn rộng mở đón tiếp nhiều tập thể và cá nhân từ quê nhà và cả người Việt Nam từ các nước tới công tác, tham quan, tu nghiệp, học tập tại Pháp hoặc một số nước châu Âu…
Thành công hôm nay của Hội Huynh đệ Việt Nam tại Pháp có đóng góp không mệt mỏi của Linh mục Nguyễn Đình Thi - một trí thức Công giáo yêu nước đã dành trọn đời mình cho quê hương - đất nước.
Thanh Hải