Sinh ra và lớn lên trong một gia đình thuần nông, có 4 người con tại làng Kỳ Thuỷ, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, tỉnh Hà Tây nay là một làng quê ở ngoại thành Hà Nội, Hoàng Thị Loan sớm bộc lộ niềm đam mê bóng đá. 

Loan cùng bạn bè lên huyện xin thử sức ở đội bóng huyện và được chấp nhận. Mỗi tuần 3 buổi, cô nàng đều đạp xe lên huyện đá bóng. Niềm đam mê và những nỗ lực được đền đáp khi Loan được nhận vào đội trẻ của Hà Tây (sau này nhập về Hà Nội), một thế lực thực sự của bóng đá nữ Việt Nam thời bấy giờ.

Khoác áo U19 Hà Nội thi đấu tại giải vô địch U19 Quốc gia, Hoàng Thị Loan cùng các đồng đội giành 3 chức vô địch liên tiếp vào các năm 2012, 2013 và 2014. Từ mùa giải 2015, cô thi đấu cho câu lạc bộ Hà Nội I (nay là câu lạc bộ Hà Nội).

Cuối năm 2012, Hoàng Thị Loan cùng U19 Việt Nam tham dự vòng loại thứ  2 Giải vô địch U19 châu Á 2013. Tháng 7/2015, cô được triệu tập lên tuyển quốc gia thi đấu vòng loại thứ 2 của Thế vận hội Rio 2016. 

SEA Games 30 là kỳ SEA Games đầu tiên của cầu thủ sinh năm 1995. Cô cùng với đội tuyển nữ Việt Nam đã xuất sắc giành chiếc huy chương vàng SEA Games thứ 6 trong lịch sử cho bóng đá nữ nước nhà khi đánh bại Thái Lan trong trận chung kết với tỉ số 1–0.

Hoàng Thị Loan gây ấn tượng với lối chơi nhiệt huyết và không ngại va chạm trong các tình huống tranh chấp tay đôi. Xuất thân là một trung vệ nhưng cô nàng có thể đá tốt ở nhiều vị trí: hậu vệ cánh phải, hậu vệ cánh trái, tiền vệ cánh phải lẫn tiền vệ phòng ngự. 

Tại SEA Games 31 sẽ diễn ra vào tháng 5 tới, Hoàng Thị Loan cùng các đồng đội đặt mục tiêu bảo vệ thành công tấm HCV của bóng đá nữ quốc gia.