1980年聶海勝父親病逝，原本聶海勝打算退學，但因老師游說聶母，聶海勝方得以繼續學業。1984年進空軍飛行學院。1989年6月12日首次駕戰鬥機單獨 飛行，機械故障，他拚死挽救飛機，在最後關頭才跳傘逃生，獲記三等功。2005年6月，入選神舟六號載人航天飛行乘組梯隊成員，隸屬總裝，改為陸軍。 於2005年10月12日和費俊龍搭乘神舟六號飛船進入太空，成為中國第二批進入太空的太空人。2013年6月11日，他參與神舟十號載人航天任務， 成為繼景海鵬之後的第二位中國再飛航天員，並且成為在天飛行時間最長的中國航天員。聶海勝的妻子是聶捷琳， 有一個女兒。在神舟六號任務中，他在太空度過了自己41歲生日。