Giáo sư Nguyễn Xuân Hoài đã nhận bằng tiến sĩ Khoa học Máy tính tại Đại học New South Wales, Úc vào năm 2005 trong lĩnh vực giải thuật di truyền.

Ông là giảng viên, giảng viên cao cấp, trợ lý giáo sư BK, phó giáo sư trường Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn (Việt Nam), Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc) và Đại học Hà Nội (Việt Nam). Ông hiện là Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Thông tin của Đại học Hà Nội.

Các mối quan tâm nghiên cứu của ông bao gồm: phép tính toán tiến hóa, nghiên cứu tiến hóa, học máy thống kê, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, và mô hình sinh thái.

Ông đã xuất bản hơn 80 bài báo, bài viết học thuật, đảm nhiệm vai trò giám sát, thành viên ủy ban chương trình, ủy ban kỹ thuật của hội nghị học thuật có uy tín trong lĩnh vực phép tính toán tiến hóa như Hội nghị châu Âu về Giải trình di truyền (EuroGP), Hội nghị về phép tính toán tiến hóa của Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử (IEEE) (CEC), Hội nghị thuật toán di truyền và tiến hóa (ACM-SIGEVO GECCO).

Ông là một thành viên ban biên tập của tạp chí Genetic Programming and Evolvable Machines (GEPM) và là người đánh giá thường xuyên cho các tạp chí khoa học lớn trong lĩnh vực trí tuệ tính toán như Kỷ yếu IEEE về Thuật toán tiến hóa, Kỷ yếu IEEE về Mạng nơ-ron và Hệ thống học tập, Kỷ yếu IEEE về Điều khiển học.