Sông Lam Nghệ An

Năm 18 tuổi, anh được đôn lên đội 1 Sông Lam Nghệ An chơi tại V.League 2007. Chàng tiền vệ cho thấy nền tảng thể lực tốt, anh chạy không biết mệt mỏi, luôn có mặt ở mọi vị trí trên sân nên bắt đầu được gọi bằng biệt danh Hoàng “bò”.

Tuy nhiên Hoàng còn điểm yếu là xử lý bóng chưa tinh tế, chưa làm chủ tốt cái chân nên nhiều khi vẫn bỏ lỡ cơ hội. Thầy Cao Phi Đại cũng thẳng thắn nhận định về cậu học trò cũ là sở hữu những đường chuyền xé toang hàng phòng ngự đối phương nhưng lại quá phung phí sức lực.

Trong mùa giải đầu tiên chơi ở V.league, Trọng Hoàng liên tục nổ súng ở 4 vòng đấu cuối, góp công lớn vào việc trụ hạng thành công của đội bóng xứ Nghệ. Sau đó Hoàng được CLB SQC Bình Định mượn năm 2008.

Becamex Bình Dương

Sau đó, anh đầu quân cho Becamex Bình Dương từ 2013 - 2016. Tại đây anh cùng với lão tướng Anh Đức trở thành 2 cầu thủ quan trọng nhất của đội cũng như là 1 trong những tay săn bàn số 1 cho đội bóng.

FLC Thanh Hóa

Cuối năm 2016, sau khi kết thúc hợp đồng với Becamex Bình Dương, Trọng Hoàng kí hợp đồng khoác áo đổi tuyển FLC Thanh Hóa từ mùa giải 2017.

Viettel

Tháng 2/2019, Trọng Hoàng chính thức ký hợp đồng thi đấu cho đội bóng Viettel, mặc dù trước đó anh đã từng có ý định quay trở về đội bóng quê hương là CLB Sông Lam Nghệ An, tuy nhiên vấn đề tài chính nên CLB Sông Lam Nghệ An không thể chiêu mộ được anh. Gia nhập Viettel Trọng Hoàng nhanh chóng trở thành trụ cột của câu lạc bộ. Anh là một trong những nhân tố góp phần làm nên chức vô địch V.League mùa giải 2020 cho CLB Viettel.