Ông quê ở xã Kỳ Châu, huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh.

Năm 1987, ông Nguyễn Thế Hoàng tốt nghiệp Học viện Quân y[4].

Sau khi tốt nghiệp đại học, ông công tác tại mặt trận 979- chiến trường Campuchia.

Năm 1994, bác sĩ Hoàng được nhận học bổng của Cơ quan trao đổi Hàn lâm khoa học Đức (DAAD) để sang làm nghiên cứu sinh tại Bệnh viện Ngoại khoa "Rechts der Isar" thuộc trường đại học Munich- Đức.

Năm 1997, ông bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ y học với kết quả xuất sắc.

Năm 2006, ông Hoàng được nhận được học bổng Humboldt và tiếp tục tiến hành đề tài nghiên cứu tại CHLB Đức.

Tháng 9 năm 2006, ông Nguyễn Thế Hoàng đã được nhận học hàm Phó giáo sư y học Việt Nam.

Tháng 10 năm 2008 ông Nguyễn Thế Hoàng được nhận học hàm Phó giáo sư của Trường Đại học Munich.

Tháng 2 năm 2012, ông Nguyễn Thế Hoàng được Nhà nước Việt Nam trao tặng danh hiệu "Thầy thuốc ưu tú"[4].

Tháng 3 năm 2013, với đề tài khoa học "Tân tạo tuần hoàn và nuôi cấy tế bào để tạo các tổ chức sống mới có cấu trúc không gian ba chiều", phục vụ trong lĩnh vực phẫu thuật tạo hình. ông Nguyễn Thế Hoàng đã sang Đức hợp tác nghiên cứu và nhận Giải thưởng khoa học Friedrich Wilhelm Bessel[2]. Ông là một trong 4 người châu Á được nhận giải thưởng nghiên cứu cao quý này[5].

Tháng 2 năm 2017, ông được Chủ tịch nước phong tặng danh hiệu "Thầy thuốc Nhân dân" theo Quyết định số 366/QĐ-CTN về việc phong tặng danh hiệu Thầy thuốc Nhân dân [6]

Năm 2018, ông Nguyễn Thế Hoàng đã được nhận học hàm Giáo sư y học Việt Nam [1]