Bà họ Phạm, huý là Ngọc Trần, người xã Quần Lại, huyện Lôi Dương, Thanh Hoá. Bà là một trong số các bà vợ của Lê Lợi. Khi Lê Lợi mới khởi nghĩa đánh giặc Minh phải di chuyển luôn, không ở yên một chỗ nào, bà lặn lội theo hầu, trải nhiều gian khổ. Bà sinh ra Nguyên Long (vua Thái Tông sau này) vào mùa đông năm Quý Mão (1423), tức là vào năm thứ 6 của cuộc khởi nghĩa.
Năm Ất Tỵ (1425) Bình Định Vương Lê Lợi vây thành Nghệ An, khi đến thành Trào Khẩu ở Hưng Nguyên, nơi có đền thờ thần Phổ Hộ. Ban đêm nhà vua nằm mộng thấy có vị thần đến bảo rằng: “Tướng quân cho tôi một người thiếp, tôi sẽ xin phù hộ tướng quân diệt giặc Ngô, làm nên nghiệp đế”. Hôm sau Bình Định Vương gọi các bà vợ đến, hỏi: “Có ai chịu đi làm vợ vị thần không? Sau này khi ta lấy được nước sẽ lập con của người ấy làm thiên tử”.
Các bà không ai nói gì, chỉ có bà họ Phạm khảng khái quì thưa: “Nếu minh công giữ lời hứa, thì thiếp nguyện xả thân. Ngày sau làm nên nghiệp lớn chớ phụ con thiếp”. Nhà vua khen ngợi và thương cảm, nói với các bà tôn, nhận theo lời hẹn đó. Khi ấy Nguyên Long mới lên 3 tuổi, bà liền cho người hấu bế ẵm nuôi nấng. Nhà vua sai làm lễ tế thần, dùng bà làm vật tế.
Đó là vào ngày 24 tháng 3 năm Ất Tỵ (1425). Khi Lê Lợi đã bình định được thiên hạ, lên ngôi vua, bảo với quần thần rằng: “Bà ấy đáng làm chúa cả trăm vị thần nước ta, không ai dám trái”. Bèn sai người rước quan tài về an táng ở Thanh Hoá. Đi đến xã Thịnh Mỹ thì trời tối, chưa kịp qua sông phải ngủ trọ ở chợ. Đến đêm mối đùn lên quanh quan tài một đống đất cao, biến thành nấm mồ. Sứ giả lấy làm lạ, trở về tâu vua. Vua chợt hiểu ra, nói: “Đó là vị thần đã làm theo lời hẹn”, bèn bảo cứ để quan tài ở đó, dựng điện Hiếu nhân để thờ; đồng thời dựng miếu đặt thần chủ ở Lam Kinh để cúng tế.
Đến năm Kỷ Dậu (1429) nhà vua cử quận vương Tư Tề là con trưởng đã lớn làm quốc vương, tạm coi việc nước. Tư Tề là người đã từng lăn lộn từ những ngày đầu của cuộc khởi nghĩa, đã từng cùng với Lưu Nhân Chú vào thành Đông Quan làm con tin để thực hiện hoà ước với Vương Thông. Năm Nhâm Tý (1432) Quốc Vương Tư Tề đã đem quân đi đánh Châu Phục Lễ, bức hàng tù trưởng là đèo Cát Hãn và con y là Đèo Mạnh Vượng.
Cuối đời, vua Lê Thái Tổ nhiều bệnh, chính sự của nhà nước đều giao cho Vương quyết định. Nhưng vì Vương mắc chứng cuồng, giết bừa các tỳ thiếp, dần dần không hợp ý vua... Vua rất lo nghĩ đến trách nhiệm của người thừa kế. Một hôm giữa trưa nằm ngủ, chợt mộng thấy bà Hoàng hậu Phạm Ngọc Trần than trách rằng: “Nhà vua phụ công của thiếp, từ hồi mới khởi nghĩa đã đem thiếp cho vị thần. Nay được thiên hạ rồi, mà ơn thánh chẳng được hưởng”. Vua tỉnh dậy, bồi hồi xúc cảm bèn cho lập Nguyên Long làm con đích (Hoàng thái tử).
Khi Lê Thái Tổ mất, Nguyên Long được nối ngôi, lấy hiệu là Thái Tông. Tháng 6 năm Giáp Dần (1434) truy tôn mẹ là Phạm Ngọc Trần làm Cung từ quốc thái mẫu, thờ phụng ở Thái miếu. Tháng 2 năm Đinh Tỵ (1437) truy tôn làm Cung từ Quang Thục quốc thái mẫu. Tháng 12 năm Đinh Tỵ (1437) truy tôn làm Hoàng thái hậu.