Là con gái của nhạc sĩ kiêm hoạ sĩ Phạm Ngọc Khôi, Ngọc Khuê là người duy nhất trong ba chị em theo nghiệp của bố.
Ngọc Khuê đã chinh phục thính giả yêu nhạc bằng chất giọng giả thanh độc đáo và cách nhả chữ điêu luyện. Khi khán thính giả bắt đầu chán những cách hát nhàn nhạt của các ca sĩ thị trường, thì xuất hiện một Ngọc Khuê, đại diện cho một thế hệ ca sĩ mới ở Hà Nội.
Khi bước vào cuộc thi Tiếng hát Truyền hình Sao Mai (năm 2003), Ngọc Khuê không sử dụng lối hát quen thuộc vốn ăn điểm ban giám khảo với bài hát truyền thống, nhạc opera... mà dùng lối hát giả thanh thể hiện xuất sắc tác phẩm Bên bờ ao nhà mình của Lê Minh Sơn. Lúc đó, công chúng và cả người chấm thi mới ngạc nhiên thú vị trước sự trình diễn của cô gái 20 tuổi này.
Chính các ca khúc Cặp ba lá, Chuồn chuồn ớt, Người ở người về, Đá trông chồng... làm nên tên tuổi Ngọc Khuê, cô ca sĩ 'dấn thân' vào những tác phẩm 'gai góc'.
Sau khi đoạt giải nhì trong cuộc thi Tiếng hát Truyền hình Sao Mai năm 2003, và hoàn thành album đầu tay Bên bờ ao nhà mình trong vòng hai tháng, Ngọc Khuê nhanh chóng tiếp thị tên tuổi của mình trong cuộc thi tiếp theo là Sao Mai - Điểm Hẹn. Và Ngọc Khuê đã giành được giải thưởng do Hội đồng nghệ thuật bình chọn.
Sau khi tốt nghiệp trường Cao đẳng Văn hoá - Nghệ thuật, Ngọc Khuê tiếp tục xin theo học tại Nhạc viện Hà Nội để thực hiện ước mơ thứ hai của mình là trở thành một giảng viên thanh nhạc.