Tuyển trẻ

• Tháng 10 năm 2010, cô được HLV Nguyễn Duy Hùng gọi vào đội tuyển U16 Việt Nam tham dự Vòng loại thứ nhất Giải vô địch U16 châu Á 2011 diễn ra ở Makati, Philippines. Cô được khoác áo số 17 và ra sân đá chính cả bốn trận góp công không nhỏ giúp U16 Việt Nam vượt qua vòng loại thứ nhất một cách rất thuyết phục khi thắng cả 4/4 trận, ghi được 33 bàn và giữ sạch lưới cả bốn trận.[8]
• Tháng 12 năm 2010, cô tiếp tục được chọn vào danh sách đội U16 đi Bangkok, Thái Lan tham dự Vòng loại thứ hai Giải vô địch U16 châu Á 2011.[9] Cô tiếp tục được khoác áo số 17 và đá chính cả bốn trận. Sau trận đầu ra quân thuận lợi khi thắng U16 Iran 4–2 thì đến 2 trận đấu tiếp theo, U16 Việt Nam đã phải nhận 2 thất bại liên tiếp trước các đối thủ trong khu vực là U16 Thái Lan và U16 Myanmar.[10][11][12] Trong đó, ở trận gặp U16 Thái Lan, Hoàng Thị Loan là người mắc lỗi trong vòng cấm khiến đối thủ được hưởng quả phạt đền và vượt lên dẫn trước 1–0 từ phút thứ 18.[11] Đến trận cuối cùng chỉ còn mang ý nghĩa danh dự, thầy trò ông Nguyễn Duy Hùng đã khép lại chiến dịch vòng loại năm đó bằng cuộc rượt đuổi tỉ số 3–3 với U16 Đài Loan.[13] Sau 4 trận đấu, Hoàng Thị Loan cùng đồng đội chỉ xếp thứ tư trong 5 đội và không có vé đến Vòng chung kết ở Nam Kinh, Trung Quốc.
• Cuối năm 2012, cô tiếp tục được ông Nguyễn Duy Hùng triệu tập vào đội U19 Việt Nam tham dự Vòng loại thứ 2 Giải vô địch U19 châu Á 2013, cá nhân Loan được đá chính cả ba trận và thi đấu khá tốt. Tuy nhiên, các cô gái trẻ của Việt Nam đã không vượt qua vòng loại do thất bại đen đủi 1–2 trước U19 Myanmar ngay trận đầu ra quân, trận đấu mà U19 Việt Nam chỉ ghi được 1 bàn thắng nhờ công của hậu vệ Mỹ Anh còn hàng công thì tỏ ra vô duyên đến một cách lạ kỳ.[14][15]

Tuyển quốc gia

Vòng loại Olympic 2016

• Cuối tháng 7 năm 2015, cô được HLV Norimatsu Takashi gọi lên tập trung cùng đội tuyển quốc gia để tham dự Vòng loại thứ 2 của Thế vận hội Rio 2016 diễn ra ở Mandalay, Myanmar.[1] Ngay trong trận đấu đầu tiên với Đài Loan vào ngày 14/9, cô đã có lần đầu tiên ra mắt đội tuyển quốc gia khi được ông thầy người Nhật cho ra sân từ đầu, khi đó cô mới được 20 tuổi 7 tháng 8 ngày, tuy nhiên đội tuyển Việt Nam đã để thua đáng tiếc với tỉ số 0–1.[16] Ở 3 trận đấu còn lại sau đó, Những cô gái vàng đã trở lại mạnh mẽ khi lần lượt đánh bại chủ nhà Myanmar (4–2), Jordan (2–1), Thái Lan (2–0) để đứng đầu bảng và giành tấm vé duy nhất vào vòng loại tiếp theo.[17][18][19]
• Đầu năm 2016, cô tiếp tục được gọi tham dự Vòng loại thứ 3 ngay sau khi HLV Mai Đức Chung trở lại nắm quyền.[20] Cô được ra sân đá chính trong 2 trận đầu tiên gặp Trung Quốc và Australia ở vị trí hậu vệ cánh phải.[21][22] Tuy nhiên, việc phải đối đầu với 5 đối thủ mạnh nhất châu lục và đều trên tầm đẳng cấp nên đội tuyển Việt Nam đã phải nhận 5 trận thua liên tiếp tại Osaka, hàng công thì chỉ ghi được một bàn trên chấm phạt đền. Còn ở hàng thủ thì các hậu vệ Chương Thị Kiều, Bùi Thị Như, Nguyễn Thị Xuyến, Hoàng Thị Loan,... đã để thủ thành Kiều Trinh phải vào lưới nhặt bóng tới 22 lần.[23] Qua đó, tạm gác lại giấc mơ tham dự môn bóng đá tại Thế vận hội thêm 4 năm.
• Ở 2 lần tập trung cho vòng loại Thế vận hội lần này, cô đều khoác áo số 13.[16][21]

AFF Cup 2018

• Sau đó hơn 2 năm (khoảng giữa năm 2018), cô được HLV Mai Đức Chung gọi trở lại tập trung cùng đội tuyển quốc gia tham dự Giải vô địch Đông Nam Á diễn ra ở Palembang, Indonesia. Kết thúc giải, cô có 3 lần ra sân ở vòng bảng và đóng góp một bàn thắng ở phút thứ 27 trong trận gặp Singapore. Còn đội tuyển Việt Nam giành vị trí thứ 3 chung cuộc sau khi quật ngã đội tuyển Myanmar với tỉ số 3–0 trong trận tranh huy chương đồng.

SEA Games 2019

• Cuối năm 2019, sau màn trình diễn khá tốt tại lượt về Giải vô địch quốc gia 2019 nên cô được thầy Chung gọi lên tập trung đội tuyển quốc gia tham dự SEA Games 30 diễn ra trên đất Philippines, SEA Games 30 cũng là kỳ SEA Games đầu tiên của cô.[7] Ở giải lần này, cô mặc áo số 4 và ra sân thi đấu 3 trận.[note 2] Kết thúc giải, 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 Việt Nam khi đánh bại Thái Lan trong trận tranh huy chương vàng với tỉ số 1–0.

Vòng loại Olympic 2020

• Ngày 23 tháng 12 năm 2019, nửa tháng sau chiếc huy chương vàng SEA Games 30, Hoàng Thị Loan tiếp tục lọt vào danh sách sơ bộ 25 cầu thủ của HLV Mai Đức Chung công bố để chuẩn bị tham dự Vòng loại thứ 3 của Thế vận hội Tokyo 2020.[24][25] Ở vòng loại lần này, cơ hội của Hoàng Thị Loan cùng đồng đội là cao hơn khá nhiều so với vòng loại năm 2016 vì một đội bóng mạnh là Triều Tiên đã bất ngờ tuyên bố rút lui sau khi bốc thăm còn Đương kim vô địch châu Á Nhật Bản đã có vé tham dự với tư cách là chủ nhà.[26]