Hợi (1815). Thân phụ của ông là Mai Thế Trinh là người học giỏi, đậu cao và được bổ dụng làm quan, nhưng ông chối từ, chỉ ở nhà dạy học. Các quan trong triều Nguyễn Gia Long nhiều lần thúc ép, cuối cùng ông chỉ nhận chức Hàn lâm viện thị giảng học sĩ (chức quan nhỏ dạy học trong triều).
Thuở nhỏ, Mai Thế Tuấn đã tỏ ra thông minh, láu lỉnh hơn người thường, “bốn tuổi làm thơ, sáu tuổi được thầy đồ quý trọng”. Ông rất ham học, ngày đêm miệt mài sách vở, nhiều hôm vì mãi đọc sách mà quên cả bữa ăn. Về sau, gia đình đã mời thầy dạy giỏi ở Hoằng Hóa đến nhà dạy ông học. Ông càng chăm chỉ học tập và tìm đọc rất nhiều sách, nên thầy dạy gọi Mai Thế Tuấn là “con mọt sách”. Ông học rất giỏi, văn bài thường được thầy dạy khen là “Văn như có thần”.
Năm 16 tuổi, ông đi thi hương. Vì văn bài làm xuất sắc, khiến quan trường phê vào bài làm của ông là “Tiên sinh quyển tại tôn sư ngoại” (Ý nói: bài của ông vượt ngoài sông núi), nên bị loại. Ông liền làm đơn khiếu nại, nhà Vua cho chấm lại bài thì đạt cao nhất khóa thi, nhưng ông không nhận, vì cho rằng không thỏa đáng.
Trở về nhà, ông tiếp tục “dùi mài kinh sử”, quyết chí đỗ đầu trong các kỳ thi tới. Khóa sau, ông không thi ở trường Nam Định, mà vào thi ở Nghệ An. Lần này, văn bài làm xuất sắc, nên ông đỗ đầu khoa thi.
Đến kỳ thi Hội (chọn Cử nhân), ông cũng đỗ đầu khoa
Kỳ thi Đình (chọn Tiến sĩ) năm Quý Mão (1843), ông lại ra ứng thí và quả như quyết tâm của ông, kỳ thi này ông cũng đỗ đầu khoa, được chọn vào bậc Thám hoa. (Bấy giờ, luật nhà Nguyễn không phong Trạng nguyên). Sách “Đại Nam nhất thống chí” do Quốc sử quán triều Nguyễn biên soạn chép: “Ông là người đỗ đệ nhất giáp đầu tiên của bản triều”. Ông được vua Thiệu Trị khen: “Trẫm biết bài văn của Mai Thế Tuấn hơn hẳn các bài của Tiến sĩ
khoa này và nhiều khoa trước” và phong cho ông danh hiệu “Tam khôi”, còn tặng cho ông bài thơ tỏ ý khen trí thông minh, tài học vấn và ý chí học tập của ông. Nhà vua còn cho ông đổi tên Thế Tuấn thành Anh Tuấn để ghi nhớ tài năng, đức độ của ông.
Ông được bổ dụng làm quan trong triều, đã trải qua các chức Hàn lân viện trước tác, Thị độc học sĩ, Án sát tỉnh Lạng Sơn. Dù ở cương vị nào, ông đều tỏ rõ đức tính khảng khái, thanh liêm, có khí tiết, giàu lòng nhân đạo, thương những người nghèo khó. Nhiều lần ông đã dâng sớ đề nghị triều đình làm những điều phúc thiện cho dân lành.
Khi thực dân Pháp xâm lược nước ta, triều đình nhà Nguyễn phải nhượng bộ và cắt đất dần cho giặc, Mai Anh Tuấn đã 17 lần dâng sớ can ngăn nhà vua không cắt đất và hiến kế đánh giặc, nhưng không được triều đình chấp thuận.
Ông dâng sớ can vua không nên phái đoàn quan chức đem thuyền nhà nước tiễn viên quan nhà Thanh, vì quá tốn kém, mà chỉ nên gửi họ theo thuyền buôn. Vua Tự Đức không hài lòng, kết tội ông “khi quân bất kính” và hạ chức, phái đi làm án sát tỉnh Lạng Sơn. Đến nhiệm sở mới, ông lo dẹp thổ phỉ để giữ gìn trị an. Năm 1851, phỉ nhà Thanh tràn sang cướp phá vùng Tiên Yên, tiến sâu vào tận Lạng Sơn. Ông cùng Chưởng vệ Nguyễn Đạc đem quân đuổi đánh, bước đầu thắng lớn. Rồi không may, ông Đạc bị thương, tiền quân ở thế bất lợi. Mai Anh Tuấn đem quân tiếp cứu nhưng gặp địa hình hiểm trở, cả ông và Nguyễn Đạc đều hy sinh.
Nghe tin ông mất, vua Tự Đức thương tiếc, lệnh cho đem thi hài về an táng tại Hoàng Cầu. Triều đình, trí thức, nhân dân Thịnh Hào vô cùng xúc động. Bài văn tế do Khâm sai đại thần Nguyễn Đăng Giai đọc trong lễ an táng có đoạn: Khôi giáp đỗ đầu khoa, nổi danh rạng rỡ người thân, đó là Hiếu. Ở Nội các, làm kháng sớ, xúc phạm kỵ huý, đó là Trung. Làm chánh tướng là
khó, vào đất chết mà chẳng tránh, đó là Nghĩa. Đi trước quân sĩ trong hoạn nạn, đánh kẻ địch mạnh mà không sợ, đó là Dũng. Ôi! Vùng biên có biến động, giặc cường bạo kiêu căng, một mình cầm quân đánh giặc để giúp bạn, đem cái chết để báo đền Tổ quốc. Thật là Hiếu, Trung, Nghĩa, Dũng muôn thuở nêu cao.
Theo lệnh của nhà vua, hai tỉnh Lạng Sơn và Thanh Hoá lập đền thờ ông. Dân vùng Hoàng Cầu xây miếu thờ ngay nơi có phần mộ. Ông được vua nhà Nguyễn phong tặng Hàn lâm viện trực học sĩ, liệt thờ ở đền Trung Nghĩa (Huế). Phần mộ của ông và miếu thờ toạ lạc tại làng Hoàng Cầu, được dân làng, con cháu hương khói từ hơn 150 năm nay. Đây là di tích về một nhân vật lịch sử đáng trân trọng, là nơi ghi nhớ một vị quan cương trực dám đấu tranh vì lẽ phải, quên mình vì Tổ quốc. Nay phần mộ của ông cần có sự quan tâm của các cấp chính quyền để thể hiện lòng biết ơn một nhân vật đã góp phần làm nên bề dày truyền thống nghìn năm Thăng Long.
Cuối năm 2006, Hội Khoa học Lịch sử Việt Nam và Hội Sử học Hà Nội đã tổ chức hội thảo khoa học về Thám hoa Mai Anh Tuấn- một anh hùng liệt sĩ, danh nhân văn hóa đáng kính vốn sinh trưởng tại quận Đống Đa- Hà Nội. Thám hoa Mai Anh Tuấn và dòng họ Mai đã góp phần làm rạng rỡ non sông đất Việt và thủ đô Thăng Long - Hà Nội sắp tròn 1000 năm tuổi.
Hiện tên Thám hoa Mai Anh Tuấn còn được khắc trên bia đặt tại Văn Miếu Quốc Tử Giám. Cuộc đời, sự nghiệp của ông là tấm gương sáng cho muôn đời sau noi theo. Đền thờ ông ở xã Nga Thạch, huyện Nga Sơn đã được xếp hạng là Di tích lịch sử văn hóa cấp tỉnh.