Duy là con trai đầu trong gia đình có hai anh em ở thôn 2, xã Quảng Minh, thị xã Sầm Sơn. Mẹ Duy là giáo viên Tiểu học, còn bố làm nghề cắt tóc. Trong suốt 12 năm học phổ thông, năm nào Duy cũng là học sinh giỏi. Từ nhỏ, bố mẹ dạy bảo, hướng dẫn Duy với tinh thần tự giác học tập.
Đam mê, yêu thích môn Hóa, Duy đã tham gia nhiều cuộc thi học sinh giỏi Hóa. Lên lớp 12, Duy tham gia Kỳ thi học sinh giỏi quốc gia môn Hóa và đạt giải Nhất. Tiếp tục tham gia thi chọn vào đội tuyển dự thi Olympic quốc tế môn Hóa, Duy đã ghi tên vào danh sách đội tuyển với số điểm cao nhất.
“Em không học quá nhiều và tạo áp lực cho mình. Em có một cuốn sổ tay ghi chú các công thức cần nhớ hay kinh nghiệm thu nhặt được khi làm bài, từ đó những lần sau làm bài sẽ tốt hơn. Ở trường, em không tham gia học thêm, chỉ chú ý tiếp thu bài giảng của thầy cô. Nhưng khi ôn thi vào đội tuyển Quốc gia thì em tập huấn theo lịch trình của cô giáo sắp xếp” – Duy kể.
Theo Duy, kinh nghiệm dự thi quốc tế đó là phải bình tĩnh, tự tin làm bài, nắm chắc kiến thức thầy cô dạy khi tập huấn, không quên kiến thức cơ bản, tính toán cẩn thận tránh mất điểm. Dự định của Khánh Duy là sắp tới sẽ đăng ký học ngành Hoá dược của Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và sẽ đi du học để tiếp tục được học hỏi nhiều hơn nữa.
Thầy Chu Anh Tuấn – Hiệu trưởng Trường THPT chuyên Lam Sơn tự hào nói: Năm học này, Trường THPT Lam Sơn vô cùng tự hào với thành tích 3 em học sinh đạt 3 huy chương tại Kỳ thi Olympic quốc tế vừa qua, gồm em Hoàng Anh Dũng, HCB môn Toán; Nguyễn Đắc Hiếu, HCĐ môn Sinh học và em Nguyễn Khánh Duy, HCV môn Hóa học. Những thành tích mà các em đã đạt được là sự cố gắng không ngừng của bản thân, bên cạnh đó là sự quan tâm của lãnh đạo tỉnh Thanh Hóa, Sở GD&ĐT, nhà trường, tâm huyết của các thầy cô giáo và gia đình.