Hoàng Nguyên Thanh là anh cả trong gia đình có 2 anh em trai. Từ khi còn học phổ thông, Thanh thường xuyên tham gia các phong trào thể dục thể thao ngành giáo dục, đại hội thể dục thể thao, việt dã cấp huyện… Bước ngoặt để Thanh trở thành vận động viên chuyên nghiệp là vào năm 2009, khi huyện Đồng Phú tổ chức giải việt dã. Tại giải này, Thanh đã tham gia và xuất sắc về nhất cả 2 cự ly chạy 1,5km, 5km. Ngày hôm đó, huấn luyện viên Trần Đoàn Minh Thiện công tác tại Trung tâm Huấn luyện và Thi đấu thể dục thể thao tỉnh trực tiếp điều hành giải đấu đã nhận thấy tiềm năng từ Hoàng Nguyên Thanh. Huấn luyện viên Thiện đã trực tiếp liên hệ với gia đình cho Thanh lên trung tâm thử việc và sau đó nhận hợp đồng huấn luyện.
Thanh cho biết: “Lúc đầu lên trung tâm tập luyện, tôi gặp rất nhiều khó khăn, do phải xa gia đình và tự lo liệu mọi thứ. Thời gian đó, tôi vừa học văn hóa vừa tham gia tập luyện. Do chưa biết sắp xếp thời gian hợp lý nên ảnh hưởng nhiều đến việc học tập. Có lúc tôi muốn giải nghệ nhưng nghĩ lại thấy mình được chọn để tập luyện tại trung tâm là cơ hội lớn phát triển tài năng. Ba mẹ và các huấn luyện viên cũng luôn động viên, khích lệ tinh thần nên tôi cố gắng vượt qua”.
Sau khi tốt nghiệp THPT, Thanh tập trung luyện tập thể thao. Năm 2014, anh lần đầu tham gia giải việt dã “Chinh phục đỉnh cao Bà Rá” và xuất sắc đoạt tấm HCV. 2015 là năm bùng nổ của Thanh, anh tiếp tục đoạt tấm HCV thứ hai giải việt dã “Chinh phục đỉnh cao Bà Rá”; HCV chạy marathon 42,195km tại giải điền kinh quốc gia; HCV hội thi leo núi Tà Cú; huy chương bạc giải chạy marathon do Báo Tiền Phong tổ chức. Đặc biệt, anh đã xuất sắc đoạt huy chương đồng giải marathon tại kỳ SEA Games 28 diễn ra ở Singapore.
Năm 2016, sau khi đoạt HCV tại hội thi leo núi Tà Cú, anh bị chấn thương, giãn dây chằng gối trái phải ngừng luyện tập để điều trị. Cuối năm 2019, anh trở lại đường đua và tiếp tục gặt hái tấm HCV tại giải marathon Techcombank TP. Hồ Chí Minh và nhiều giải khác. Đặc biệt, tại SEA Games 31 vừa qua, Thanh đã xuất sắc đoạt HCV nội dung marathon 42,195km - nội dung khắc nghiệt nhất của môn điền kinh với thành tích 2 giờ 25 phút 7 giây. Thành tích của Thanh đã giúp marathon Việt Nam làm nên lịch sử, lần đầu tiên đoạt HCV marathon nam tại SEA Games.
Trước khi SEA Games 31 diễn ra, các nhà phân tích thể thao dự đoán cơ hội đoạt HCV của Hoàng Nguyên Thanh là rất khó. Song với tinh thần thi đấu vì màu cờ sắc áo, anh đã chinh phục thành công tấm HCV quý giá. Đây là nỗ lực phi thường với chàng trai đã phải ngừng thi đấu để điều trị chấn thương suốt 2 năm…
Chia sẻ ngay sau khi trở về quê hương Bình Phước, Hoàng Nguyên Thanh tiết lộ: “Thành tích tốt nhất của tôi chỉ là 2 giờ 26 phút (tương đương thành tích huy chương bạc), nhưng khi thi đấu, với tinh thần dân tộc đã tiếp thêm sức mạnh, tôi tăng tốc vào chặng đường cuối để giành chiến thắng chung cuộc”. Thanh đang nỗ lực tập luyện để vươn tới ước mơ có mặt tại Đại hội thể thao lớn nhất châu Á - ASIAN Games.