ولد مصطفى خليل بكفر تصفا، محافظة القليوبية في ١٨ نوفمبر عام ١٩٢٠.

حصل على بكالوريوس الهندسة، جامعة القاهرة عام ١٩٤١، وعقب تخرجه عين بتفتيش الصيانة بالسكك الحديدية، ثم حصل على الماجستير عام ١٩٤٨، والدكتوراه من جامعة إلينوى بالولايات المتحدة الأمريكية،
وعمل محاضراً بجامعة عين شمس.

تقلد منصب وزير المواصلات في وزارات: جمال عبد الناصر الثالثة (٢٩ يونيه عام ١٩٥٦)، جمال عبد الناصر الرابعة (٦ مارس عام ١٩٥٨)، والخامسة (٧ أكتوبر عام ١٩٥٨)، والسادسة (٢٠ سبتمبر عام ١٩٦٠)، والسابعة (١٦ أغسطس ١٩٦١)، والثامنة (١٩ أكتوبر عام ١٩٦١)، ثم في وزارة علي صبري الأولى (٢٩ سبتمبر ١٩٦٢)، وقد اختير نائباً لرئيس الوزراء، ووزيراً للصناعة والثروة المعدنية والكهرباء في وزارة زكريا محيى الدين الأولى (أول أكتوبر عام ١٩٦٥).
تولى منصب الأمين العام للإتحاد الاشتراكي العربي (١٩٧٠- ١٩٧٦)، كما كان نقيباً للمهندسين عام ١٩٧٥.
تبوأ منصب رئيس الوزراء في (٥ أكتوبر عام ١٩٧٨)، وأسندت إليه وزارة الخارجية في (١٧ فبراير ١٩٧٩)، ثم شكّل وزارته الثانية وتولى فيها علاوة على الرئاسة منصب وزير الخارجية (١٩ يونيه عام ١٩٧٩).