Khi còn nhỏ Ngài ở với cha Thi vừa học vừa giúp việc trong Nhà Chung. Sau một thời gian thì được gửi về nhà trường học La tinh và các môn về đạo đức. Tới năm 25 tuổi thì Ngài trở thành Thầy Giảng, được sai đi giúp các xứ đạo, sau cùng thì được gọi về giúp xứ Bầu Nọ, tức làng Nỗ Lực bây giờ. Về Bầu Nọ Ngài được trao phó cho việc quản lý Nhà Chung và lo giúp các việc truyền giáo, luôn đi sát với các linh mục. Ngài được nổi tiếng là đạo đức, sống nghèo khó, và nghiệm ngặt với chính mình nhưng lại rộng rãi dễ thương với những người khác. Ngài chăm lo chu toàn công việc của một Thầy Giảng như thăm viếng các bệnh nhân, an ủi, khuyên bảo và nâng đỡ tinh thần lúc bệnh nhân phải chịu đau đớn vì bệnh tật. Nhất là lúc bệnh nhân gần giờ hấp hối. Thầy sốt sắng lo dàn xếp những vụ xô xát bất hoà của các gia đình và xóm đạo. Thầy giảng dậy giáo lý cho những người tân tòng, phân phát bố thí gạo thóc cho những gia đình túng thiếu. Giáo dân ai ai cũng thương mến Thầy. Người dân trong xứ mỗi khi muốn khen tặng ai, người ta thường nói:
“Nhân đức như thầy Giảng Vân vậy”. Trong làng Bầu Nọ khi ấy có hai chức sắc tên là lý Tương ngoại giáo và một người Công giáo tên Hướng lấy tiền thuế dân nộp đem đi đánh bạc thua hết. Hai người dẫn nhau tới xin vay thóc Nhà Chung để nộp thuế cho quan. Ngài từ chối vì tội đánh bạc nên không cho vay. Thế là từ đó hai người này sinh lòng oán ghét Ngài. Để trả thù, họ đi tố cáo với quan phủ Lâm Thao là làng Bầu Nọ có đạo trưởng và đạo quản. Quan phủ Lâm Thao liền cho quân đến vây làng nhưng không bắt được ai. Mấy ngày sau hai ông Tương và Hướng đón đường bắt được thầy Giảng Đoàn Văn Vân trói lại rồi giải về nộp cho quan phủ Lâm Thao, tố cáo Thầy Giảng Đoàn Văn Vân là đạo trưởng đang lén lút giảng đạo vùng đất này. Khi bị bắt Thầy đã 77 tuổi.
Mấy ngày sau khi bị bắt, Ngài phải ra hầu toà trước mặt quan, quan thấy Ngài quá già yếu nên không đánh đập, quan chỉ hỏi:
- Ông có phải là đạo trưởng không Thầy khiêm tốn trả lời:
-
Tôi không phải là đạo trưởng. Nhưng tôi không bao giờ bỏ đạo, không bao giờ bước lên ảnh tượng Chúa tôi. - Ông nói dối! Ông già và đã tu nhiều năm rồi. Nếu ông không phải là đạo trưởng thì tại sao ông lại giảng tà đạo Gia Tô? - Tôi không phải là đạo trưởng nhưng tôi vẫn giảnh đạo Chúa tôi thờ. Đạo Gia Tô dạy thờ kính Thiên Chúa, không phải là tà đạo như quan nói. Mâc dầu Thầy đã giải thích và trình bày rõ ràng nhưng quan vẫn không tin vì quan nghe nói đi tu từ nhỏ, tới nay đã 77 tuổi rồi mà sao lại không phải là đạo trưởng. Quan cố ý buộc cho là đạo trưởng để quan có công lớn hơn với triều đình.
Thấy Thầy đã già yếu nên quan không cho lệnh tra tấn, đánh đập như những người khác. Quan ra lệnh đưa về nhà giam.
Sau bốn tháng giam giữ tại Phủ, giáo dân sợ hãi không ai dám tới thăm nuôi, chỉ có cha Nghiêm lén vào được hai lần để giải tội và an ủi thầy và một lần khác ông Lê Văn Giáp lén vào đưa Mình Thánh Chúa cho thầy. Trong nhà tù vì quá già yếu nên không bị đánh đập nhiều nhưng đói khát và rất khổ sở vì ruồi muỗi, bọ rệp. Nhiều lần thầy bị tra vấn, bị bọn canh tù hành hạ và qua nhiều lần các quan ép buộc bước qua Thánh Giá, nhưng với thái độ cương quyết thầy đều không chịu.
Thấy khuyên dụ không thành, quan phủ Lâm Thao làm án rồi cho giải về tỉnh Sơn Tây. Để tâng công với vua, quan phủ Lâm Thao làm án như sau
“Tên phạm Đoàn Văn Vân là Gia Tô đạo trưởng. Nó quyết chí thà chết hơn là bỏ đạo. Vì thế nó phải chém đầu”.. Vua châu phê y án, gửi trả về để thi hành án lệnh cấp tốc.
Ngày 25 tháng 5 năm 1857 đoàn quân lính đông đảo kéo nhau trên đường ra pháp trường. Dân chúng vì thương mến Thầy nên kéo nhau đi theo để chứng kiến cái chết anh dũng của Thầy Giảng Phêrô Đoàn Văn Vân rất đông. Trên đường đi tới nơi xử người ta chứng kiến có một ông già 77 tuổi, nét mặt tươi vui bình thản, yếu sức, đeo gông ngã lên ngã xuống, một tên lính phải quàng giây vào cổ ông già tử tội kéo đi, trông vô cùng thê thảm. Tới pháp trường Ngài quì xuống chiếc chiếu sốt sắng cầu nguyện rồi đưa cổ cho lý hình chém. Tên lý hình vung gươm lên tay run run chém một nhát chưa đứt nên phải chém nhát thứ hai đầu rơi xuống đất rồi lấy đầu tung lên cao cho mọi người thấy. Dân chúng xô tới lấy vải thấm máu và cuốn xác Ngài. Giáo dân làng Bách Lộc an táng người chiến sĩ Đức Tin ngay tại pháp trường, lấy một viên đá chôn làm dấu. Sau này khi tình thế đã lắng dịu, ông Tam và ông Mão cải táng chuyển thi hài Ngài về đặt tại nhà thờ Bách Lộc.
Ngày 2 tháng 5 năm 1909, Đức Giáo Hoàng Piô X đã tôn phong Ngài lên bậc Chân Phước và Đức Giáo Hoàng Gioan Phaolô II đã tôn vinh Ngài lên hàng HIển Thánh Tử Đạo ngày 19 tháng 6 năm 1988.
