1986年12月加入中国共产党，高中毕业时顺利通过了空军招飞，于空军长春飞行学院（今空军航空大学）入伍。

曾任空军航空兵某师某团领航主任，飞过歼五、歼六、歼七等机型，安全飞行1480小时，为空军特级飞行员。

1998年1月，正式成为中国首批航天员。经过多年的航天员训练，完成了基础理论、航天环境适应性、专业技术等8大类几十个科目的训练任务，以优异成绩通过航天员专业技术综合考核。曾入选中国首次载人航天飞行航天员梯队。

2005年10月，执行神舟六号载人飞行任务，获得圆满成功。

2010年1月获得航天工程硕士。

2011年7月晋升少将军衔。

2013年4月，入选天宫一号与神舟十号载人飞行任务飞行乘组。

2013年6月11日，聂海胜与新航天员张晓光、王亚平（女）搭乘神舟十号再次飞抵浩瀚宇宙。

2016年2月，特级航天员聂海胜少将出任中国航天员大队大队长。