Cao Thiên Trang là thí sinh đã chiến thắng trong cuộc thi Top Model Online[1], phần thi khởi động trước mùa giải mới của Vietnam’s Next Top Model và cô đã được quyền đặt cách vào thẳng vào vòng thi hình thể. Nhưng cô đã thẳng thừng từ chối quyền đặt cách vào vòng trong với một lý do hết sức đơn giản: muốn chứng minh khả năng của mình trước BGK. Cô đã từng bước chinh phục BGK và giành vị trí Á quân 2 Vietnam’s Next Top Model 2012 Cycle 3 tại New York Fashion Week 13, trình diễn cho các BST Thời trang Xuân – Hè của các nhà thiết kế nổi tiếng thế giới: Limelight Show, Hybirds of the deep blue sea, Houte Couture show. Ngoài ra còn sải bước catwalk ở một số chương trình lớn trong nước như Tuần lễ thời trang Xuân Hè 2013, The Muse (Đỗ Mạnh Cường), Adrian Anh Tuấn.

Sau 5 năm đạt danh hiệu á quân, cô đã trở lại vào năm 2017 với tư cách là thí sinh chương trình Vietnam's Next top Model 2017 All-Stars, cô cùng với Kikki Lê, Thùy Dương lập thành Team Sang và cuối cùng lọt vào top 5 cuộc thi.

Năm 2019, cô được mời đóng vai diễn trong bộ phim Hoa Hậu Giang Hồ của đạo diễn Lương Mạnh Hải cùng với siêu mẫu Minh Tú. Bộ phim đã đưa tên tuổi cô được biết đến nhiều hơn.[2]

Nam 2021, cô được mời làm cố vấn chuyên môn thuộc team Mạc Trung Kiên cho chương trình The Face Online By Vespa[3][4] cùng với Cao Ngân và Nguyễn Hợp.