Năm 1938, lúc ông 16 tuổi, ông đã viết ca khúc đầu tay là bài hát "Đêm trăng".[1] Ông còn viết thêm một số bài hát khác trong thời điểm đó, như "Tiếng đàn tôi",...Sau đó, ông đã viết rất nhiều bài theo điệu Tango, như bài "Phút chia ly" khi ông đi tản cư, "Buồn nhớ quê hương", "Nhạc sầu tương tư", "Khóc biệt kinh kỳ" khi ông di cư vào Nam năm 1954.[1] Riêng ca khúc Buồn nhớ quê hương đã đoạt giải thưởng sáng tác vào năm 1952.[1]

Hoàng Trọng được xem là "Vua Tango" của nền tân nhạc Việt Nam vì ông đã viết hơn rất nhiều ca khúc theo điệu Tango được công chúng biết đến, như "Lạnh lùng", "Mộng lành", "Tiễn bước sang ngang", "Ngỡ ngàng",...[8] Riêng một phần bài "Tiễn bước sang ngang" đã từng được truyền miệng sang miền Bắc với tên "Giã từ" và để tên tác giả là "Nhạc Liên Xô".[9]

Ông sáng tác hơn 200 bài nhạc, tuy nhiên chỉ có 40 bài do ông tự đặt lời, còn lại là do một số nhạc sĩ hay nhà thơ như Hồ Đình Phương, Hoàng Dương, Vĩnh Phúc,... viết lời.[1]

Ông còn viết nhạc cho một số nhạc phim như Xin nhận nơi này làm quê hương, Giã từ bóng tối, Người tình không chân dung, Sau giờ giới nghiêm, Bão tình,...[10] Riêng nhạc phim mà ông viết cho phim "Triệu phú bất đắc dĩ", ông được giải thưởng Văn học Nghệ thuật của Việt Nam Cộng hòa trong năm 1972 - 1973.[1]

Sau năm 1975, ông chỉ viết một số bài hát Thánh ca và một số bài tình ca, trong đó có bài "Chiều rơi đó em" viết năm 1979. Sau này, khi ông được bảo lãnh sang Hoa Kỳ, ông viết thêm 3 bản nhạc nữa cho đến khi qua đời.[1]