Nguyễn Thị Loan sinh năm 1990 tại Thái Bình. Sân chơi nhan sắc đầu tiên mà Nguyễn Thị Loan tham dự là Hoa hậu Việt Nam 2010 được tổ chức tại Hạ Long. Tại cuộc thi này, người đẹp gây chú ý với body đầy đặn, khỏe khoắn do từng có 5 năm chơi bóng chuyền. Tại cuộc thi năm đó, Nguyễn Thị Loan xuất sắc giành được giải thưởng phụ "Người đẹp Biển" và lọt vào top 5 chung cuộc.

Sau cuộc thi Hoa hậu Việt Nam 2010, Nguyễn Thị Loan rất chăm chỉ tham gia các sự kiện từ thiện, xã hội bên cạnh công việc người mẫu. Cô là một trong những người đẹp xây dựng hình ảnh sạch sẽ không scandal và có nhiều đóng góp cho cộng đồng.

Vốn là một người đẹp đam mê thi sắc đẹp và mang hoài bão đại diện Việt Nam 'chinh chiến' tại các đấu trường sắc đẹp quốc tế nên Nguyễn Thị Loan đã đến với cuộc thi Hoa hậu các dân tộc Việt Nam 2013 để tìm cơ hội. Cô giành được danh hiệu Á hậu 2 và từ đó cũng mở ra cho Nguyễn Loan nhiều cơ hội để thực hiện ước mơ của mình.

Với danh hiệu này, năm 2014 Nguyễn Loan được công ty nắm bản quyền cuộc thi Miss World đề cử là đại diện Việt Nam tham dự cuộc thi Hoa hậu Thế giới 2014 tổ chức tại Anh. Đây cũng là lần đầu tiên người đẹp gốc Thái Bình mang trên mình trọng trách 'đem chuông đi đánh xứ người'.

Với kinh nghiệm dày dặn từ những cuộc thi sắc đẹp trước đó, Nguyễn Thị Loan đã thể hiện phong độ ổn định và ghi điểm tốt tại những phần thi phụ như Hoa hậu Thể thao, Tài năng...

Chung cuộc, Nguyễn Thị Loan đã lọt vào top 25 trong đêm chung kết. Với thành tích này, cô đã phá bỏ “lời nguyền” 4 năm liên tiếp out-top của Việt Nam tại sân chơi nhan sắc lâu đời nhất thế giới.

Năm 2015, Nguyễn Thị Loan gây bất ngờ khi quyết định đăng ký tham dự cuộc thi Hoa hậu Hoàn vũ Việt Nam mặc dù đã mang trên mình thành tích quốc tế ấn tượng. Trước những ý kiến này, Nguyễn Thị Loan cho biết cô không hề hối hận với quyết định được theo đuổi đam mê của mình.

Tại cuộc thi Hoa hậu Hoàn vũ Việt Nam 2015, hình thể của Nguyễn Thị Loan đã có nhiều thay đổi. Cô sở hữu chiều cao 1m76 cùng số đo ba vòng 89-62-92. Cùng với những kỹ năng trình diễn chuyên nghiệp, ấn tượng, Nguyễn Thị Loan trở thành ứng cử  viên nặng ký tại cuộc thi năm đó. Mặc dù vậy may mắn đã không gọi tên người đẹp khi cô lần thứ 2 chỉ lọt vào top 5 chung cuộc.

Một năm sau Hoa hậu Hoàn vũ Việt Nam 2015, Nguyễn Thị Loan lần thứ 2 chinh chiến quốc tế khi đại diện Việt Nam tham dự sân chơi nhan sắc có tuổi đời non trẻ Miss Grand International 2016.

Với một cuộc thi chuộng kỹ năng trình diễn như Miss Grand, Nguyễn Thị Loan như 'cá gặp nước' khi phô diễn trọn vẹn hình thể nóng bỏng cùng những bước catwalk tự tin.

Nguyễn Thị Loan trình diễn trang phục dân tộc tại cuộc thi Miss Grand 2016. 

Chung cuộc, Nguyễn Thị Loan đã lọt vào top 20 của cuộc thi Miss Grand International 2016, tiếp nối chuỗi thành tích ấn tượng trên đấu trường sắc đẹp quốc tế.

Mặc dù chỉ lọt top 5 tại cuộc thi Hoa hậu Hoàn vũ Việt Nam 2015 nhưng Nguyễn Thị Loan gây bất ngờ khi được tin tưởng giao trọng trách đại diện Việt Nam tham dự cuộc thi đình đám Miss Universe 2017 tại Mỹ. Đây cũng là lần thứ 6 cô tham gia thi sắc đẹp và là lần thứ 3 'chinh chiến' trên trường quốc tế. 

Với vẻ đẹp ngày càng sắc sảo, nóng bỏng, Nguyễn Thị Loan được đánh giá là rất phù hợp với tiêu chí của cuộc thi Hoa hậu Hoàn vũ. 

Tại đêm bán kết cuộc thi Miss Universe 2017, Nguyễn Thị Loan gây ấn tượng khi trình diễn bikini khoe trọn vóc dáng săn chắc và quyến rũ.

 Đến với cuộc thi cuối cùng trong sự nghiệp thi nhan sắc, Nguyễn Thị Loan đã có sự chuẩn bị kỹ lưỡng về trang phục cũng như hình ảnh.

Mặc dù vậy may mắn đã không một lần nữa mỉm cười với Nguyễn Thị Loan khi cô không thể lọt top trong đêm chung kết. Dẫu vậy, Miss Universe 2017 cũng là một cái kết đẹp cho gần một thập kỷ đam mê thi nhan sắc của người đẹp gốc Thái Bình.

Sau khi chia tay sự nghiệp thi nhan sắc, Nguyễn Thị Loan lui vào hậu trường và chuyên tâm với công việc đào tạo người mẫu cũng như truyền đạt kinh nghiệm cho các cô gái đang có ý định bước vào các cuộc thi sắc đẹp. Ở tuổi 31, người đẹp gây chú ý khi tham gia series phim hình sự "Bão ngầm" với vai trò diễn viên và nhận được những phản hồi tích cực.