Trước năm 2009, Nguyễn Thanh Hóa là lãnh đạo Cục Cảnh sát điều tra tội phạm kinh tế, thuộc Tổng cục Cảnh sát, Bộ Công an (Việt Nam).[1]Năm 2009, khi Cục Cảnh sát phòng chống tội phạm sử dụng công nghệ cao C50, Bộ Công an được thành lập, ông được bổ nhiệm làm Cục trưởng Cục này.[1] Lúc này ông đang mang quân hàm Đại tá.[1]

Năm 2012, Nguyễn Thanh Hóa đã lãnh đạo Cục C50 phá nhiều vụ án lừa đảo lớn trên Internet với thiệt hại hơn 2000 tỉ đồng, xác lập 44 chuyên án như chuyên án 312T, 812C, 812T,.... Đặc biệt, ông đã phá chuyên án 512T liên quan đường dây đánh bạc trực tuyến do tội phạm người Việt Nam và Trung Quốc tổ chức.[1] Ông đã thu hút được đội ngũ chuyên gia mạng đông đảo vào cục C50, đồng thời liên kết với các cơ quan chống tội phạm qua mạng của các nước khác và trang bị các thiết bị hiện đại để phá án.[1]

Năm 2015, Nguyễn Thanh Hóa mang quân hàm Thiếu tướng Công an nhân dân Việt Nam.[2]

Cuối năm 2017, Nguyễn Thanh Hóa bị đình chỉ chức vụ và công tác tại Cục Cảnh sát phòng chống tội phạm sử dụng công nghệ cao do có hành vi liên quan đến đường dây đánh bạc lớn hàng ngàn tỉ đồng qua mạng Internet. Đường dây đánh bạc, cá độ và chơi game ăn tiền này ước tính hiện có 8 triệu người chơi, mỗi người trung bình ba tài khoản. Hàng chục người liên quan đã bị khởi tố, trong đó có một số cán bộ của C50. Vụ án này do Công an tỉnh Phú Thọ điều tra.[3]

Ngày 11 tháng 3 năm 2018, Nguyễn Thanh Hóa bị Chủ tịch nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trần Đại Quang kí quyết định tước Danh hiệu Công an nhân dân. Sau đó, chiều tối 11 tháng 3 năm 2018, Cơ quan an ninh điều tra Công an tỉnh Phú Thọ đã ra quyết định khởi tố bị can với Nguyễn Thanh Hoá về tội "Tổ chức đánh bạc" và bắt tạm giam 4 tháng để điều tra về hành vi đồng phạm tổ chức đánh bạc.[4][5] Ông bị bắt tại khoa Nội cao cấp Bệnh viện 198 của Bộ Công an (Hà Nội).[6]

Nguyễn Thanh Hóa cũng bị khai trừ ra khỏi Đảng Cộng sản Việt Nam.[7]