Phạm Ngọc Châu sinh ngày 16 tháng 9 năm 1967 tại Ngọc Lâu, Phú Xuyên, Hà Nội, trong một gia đình làm nghệ thuật: mẹ là ca sĩ Nghệ sĩ ưu tú Vũ Dậu, bố là nghệ sĩ đàn bầu Phạm Ngọc Hướng, em gái là ca sĩ Khánh Linh.
Ngọc Châu qua đời ngày 17 tháng 3 năm 2022 tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 do suy tim giai đoạn cuối. Lễ viếng nhạc sĩ Ngọc Châu được tổ chức ngày vào ngày 19 tháng 3, tại Nhà tang lễ số 5 Trần Thánh Tông, Hà Nội; an táng tại quê nhà
Ngọc Châu học khoa Sáng tác, Nhạc viện Hà Nội, chơi trong ban nhạc Hoa Sữa của Khoa lý luận, sáng tác, phê bình, gồm nhiều tên tuổi như Đức Trịnh, Phạm Ngọc Khôi, Vũ Quang Trung, Lương Minh, Ngọc Hưng, Minh Đạo. Ban nhạc từng rất nổi tiếng ở Hà Nội từ cuối những năm 1980, từng tham gia nhiều sự kiện lớn nhỏ. Tại Liên hoan các ban nhạc nhẹ tại Đà Nẵng (1993), ban nhạc Hoa Sữa đã được vinh danh với ca khúc “Thì thầm mùa xuân” qua sự thể hiện của ca sĩ Mỹ Linh. Ca khúc cũng giúp cá nhân Ngọc Châu lọt vào top 10 nghệ sĩ được bình chọn của Làn sóng Xanh năm 1998.
Sau khi ban nhạc Hoa Sữa dừng hoạt động năm 1996, Ngọc Châu chuyển sang hoạt động ở ban nhạc Chìa Khóa Vàng cùng ca sĩ Bằng Kiều. Năm 1998, anh hỗ trợ Bằng Kiều thành lập ban nhạc Quả Dưa Hấu cùng Tuấn Hưng, Tường Văn và Anh Tú. Sau khi Tuấn Hưng và Bằng Kiều bắt đầu sự nghiệp riêng, anh trực tiếp đưa Hồ Hoài Anh và Minh Quân thay thế, tuy nhiên họ cũng rời nhóm rất nhanh. Ban nhạc có nhiều sản phẩm thành công trước khi tan rã vào năm 2000.
Anh cũng thử sức với một số tác phẩm không lời như tiểu phẩm Lời ru quê hương viết cho saxophone và piano, thơ giao hưởng Tháng 8 mùa Thu. Ngọc Châu còn đảm nhiệm vai trò giám đốc âm nhạc cho Nhà hát Nhạc nhẹ Trung ương (nay là Nhà hát Nghệ thuật đương đại Việt Nam) từ năm 1996 đến năm 1998.
Từ năm 2004, Ngọc Châu tập trung nhiều hơn vào tổ chức các gameshow truyền hình, tiêu biểu nhất khi anh đảm nhiệm Giám đốc âm nhạc của Trò chơi âm nhạc. Năm 2014, anh làm đạo diễn âm nhạc chương trình Chinh phục đỉnh cao. Sản phẩm âm nhạc cuối cùng của anh là khi cùng em gái Khánh Linh sản xuất album Mùa yêu (2016)./.
