Nguyễn Trường Thắng sinh năm 1970, quê ở phường Định Hòa, thành phố Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương; có trình độ Cao cấp Lý luận chính trị, Cử nhân Quân sự.[1]

Trước năm 2017, ông là Phó Sư đoàn trưởng Sư đoàn 5, Quân khu 7.

Tháng 3 năm 2017, ông được Bộ trưởng Bộ Quốc phòng bổ nhiệm giữ chức Sư đoàn trưởng Sư đoàn 5, Quân khu 7.

Ngày 29 tháng 3 năm 2017, ông nhận bàn giao nhiệm vụ Sư đoàn trưởng Sư đoàn 5 thay cho Đại tá Phạm Văn Thuận.

Tháng 10 năm 2018, ông được Bộ trưởng Bộ Quốc phòng bổ nhiệm giữ chức Tư lệnh Bộ Tư lệnh TPHCM, Quân khu 7.

Ngày 31 tháng 10 năm 2018, ông nhận bàn giao nhiệm vụ Tư lệnh Bộ Tư lệnh TPHCM thay Thiếu tướng Trương Văn Hai.

Ngày 30 tháng 3 năm 2019, Hội nghị Ban chấp hành Đảng bộ TP.HCM lần thứ 26, khóa X đã công bố quyết định của Ban Bí thư, chỉ định đại tá Nguyễn Trường Thắng - Tư lệnh Bộ Tư lệnh TP.HCM - tham gia làm ủy viên Ban chấp hành và Ban thường vụ Thành ủy TP.HCM nhiệm kỳ 2015-2020.[2]

Ngày 02 tháng 7 năm 2019, Bí thư Thành ủy TP.HCM, Bí thư Đảng ủy Quân sự TP.HCM Nguyễn Thiện Nhân trao quyết định của Ban Thường vụ Thành ủy TP.HCM chỉ định Đại tá Nguyễn Trường Thắng, Ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy, Tư lệnh Bộ Tư lệnh thành phố tham gia Ban Chấp hành, Ban Thường vụ Thành ủy, giữ chức Phó Bí thư Đảng ủy Quân sự thành phố nhiệm kỳ 2015 - 2020.[1]

Từ ngày 05 tháng 11 năm 2019 đến ngày 03 tháng 02 năm 2020, ông tham gia Lớp Bồi dưỡng kiến thức mới cho cán bộ quy hoạch cấp chiến lược khóa XIII của Đảng tại Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh.

Tháng 12 năm 2019, ông được Chủ tịch nước thăng quân hàm Thiếu tướng.

Ngày 11 tháng 02 năm 2020, Tại Quyết định 233, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc bổ nhiệm Thiếu tướng Nguyễn Trường Thắng - Ủy viên Ban thường vụ Thành ủy, Tư lệnh Bộ Tư lệnh TP.HCM giữ chức Phó Tư lệnh Quân khu 7, Bộ Quốc phòng.[3]

Ngày 27 tháng 2 năm 2020, Bộ Tư lệnh TPHCM tổ chức hội nghị bàn giao nhiệm vụ Tư lệnh Bộ Tư lệnh TPHCM, Thiếu tướng Nguyễn Trường Thắng tiến hành bàn giao nhiệm vụ Tư lệnh Bộ Tư lệnh TP cho Thiếu tướng Nguyễn Văn Nam.

Ngày 3 tháng 11 năm 2020, Bộ trưởng Quốc phòng Ngô Xuân Lịch ký quyết định giao nhiệm vụ cho Thiếu tướng Nguyễn Trường Thắng, Phó Tư lệnh Quân khu 7, phụ trách Tư lệnh Quân khu 7 thay Trung tướng Võ Minh Lương (được điều động làm Thứ trưởng Bộ Quốc phòng).[4]

Ngày 14 tháng 11 năm 2020, tại Bộ Tư lệnh Quân khu 7, Thượng tướng Phan Văn Giang, Ủy viên Trung ương Đảng, Ủy viên Thường vụ Quân ủy Trung ương, Thứ trưởng Bộ Quốc phòng chủ trì Hội nghị bàn giao chức vụ Tư lệnh Quân khu 7. Trung tướng Võ Minh Lương bàn giao nhiệm vụ Tư lệnh Quân khu 7 cho Thiếu tướng Nguyễn Trường Thắng, Phụ trách Tư lệnh Quân khu 7

Ngày 16 tháng 11 năm 2020, tại Quyết định 1817, Thủ tướng Chính phủ bổ nhiệm Thiếu tướng Nguyễn Trường Thắng, Phó Tư lệnh Quân khu 7 giữ chức Tư lệnh Quân Khu 7.

Ngày 30 tháng 01 năm 2021, Tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng, đồng chí được bầu là Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khoá XIII, nhiệm kỳ 2021-2026.[5]