Nguyễn Trọng Hoàng là cầu thủ trưởng thành từ lò đào tạo SLNA. Năm 2013, cầu thủ sinh năm 1989 nói lời chia tay với đội bóng xứ Nghệ để đầu quân cho Becamex Bình Dương.
Cuối năm 2016, sau khi kết thúc hợp đồng với Becamex Bình Dương, Trọng Hoàng kí hợp đồng khoác áo đội tuyển FLC Thanh Hóa. Tháng 2/2019, Trọng Hoàng chính thức ký hợp đồng thi đấu cho đội bóng Viettel.
Trong hơn 2 năm thi đấu trong màu áo lính, Trọng Hoàng đã cùng đồng đội mang về chức vô địch V.League 2020 cho CLB.
Chia tay Viettel, rất có thể Trọng Hoàng sẽ cập bến SLNA. Được biết năm 2019, anh đã từng có ý định quay trở về đội bóng quê hương, tuy nhiên vấn đề tài chính nên CLB Sông Lam Nghệ An không thể chiêu mộ được anh. Giờ đây khi SLNA đã là câu lạc bộ có nguồn tài chính dồi dào thì vấn đề Trọng Hoàng góp mặt trong màu áo vàng biết đâu sẽ chỉ là chuyện một sớm một chiều?