Thanh Hoa tên thật Nguyễn Thị Thanh, sinh năm 1950, quê ở Miêu Nha, xã Thọ Nam, huyện Liên Bắc (nay thuộc Tây Mỗ, Nam Từ Liêm, Hà Nội). Từ bé, Thanh Hoa đã mê ca hát. Năm 9 tuổi, cô bé Thanh đã đoạt giải nhất giọng hát Hoạ mi của thị xã Hà Đông. Năm 16 tuổi, bà bắt đầu học ở Trường Âm nhạc Việt Nam và tốt nghiệp Trung cấp năm 1970. Sau đó, bà trở thành ca sĩ của Đài phát thanh Giải phóng (còn có tên bí mật là đài CP-90). Nghệ danh Thanh Hoa ra đời trong hoàn cảnh này. Hai nghệ sĩ Thanh Hùng và Ngọc Hoa là hai nghệ sĩ cải lương bấy giờ nhận Thanh Hoa làm em nuôi. Những ca sĩ, nhạc sĩ hồi đó phải lấy tên bí danh để gửi vào Nam. Và cái tên Thanh Hoa là ghép tên của hai nghệ sĩ cải lương đó. Bài hát đầu tiên được phát sóng trên đài CP-90 là Cánh chim mùa xuân của nhạc sĩ Huỳnh Thơ năm 1970.

Năm 1975, Thanh Hoa đi biểu diễn ở Trường Sơn phục vụ Chiến dịch Hồ Chí Minh. Cuối năm 1975, bà về công tác tại Đài Tiếng nói Việt Nam và gắn bó với đài cho đến lúc nghỉ hưu năm 2006. Ở đây, bà là một trong những ca sĩ thu âm nhiều nhất với 478 bản thu đơn ca và tính cả hợp xướng thì lên đến 1000 bài, trong đó có những ca khúc đã được phát sóng rất nhiều lần và gắn bó với tên tuổi của bà như Tình yêu của đất và nước (Hoàng Vân), Con kênh ta đào, Khúc hát ru của người mẹ trẻ (Phạm Tuyên), Em chọn lối này (An Thuyên), Tàu anh qua núi, Tình yêu trên dòng sông Quan họ, (Phan Lạc Hoa), Giữa Mạc Tư Khoa nghe câu hò Nghệ Tĩnh (Trần Hoàn), Bác Hồ một tình yêu bao la, Gửi em ở cuối sông hồng, Vầng trăng Ba Đình (Thuận Yến), Mùa xuân làng lúa làng hoa (Ngọc Khuê), Đường tàu mùa xuân (Phạm Minh Tuấn),Hãy cho tôi lên đường, Em vẫn đợi anh về, Vì sao anh ra đi, Mùa xuân bên cửa sổ, Cô gái vót chông, Đêm nghe hát đò đưa nhớ Bác, Viếng lăng Bác, Giọt mưa thu, Huế xưa, Con thuyền không bến, Hoài cảm, Em vẫn như ngày xưa, Cô bé vô tư, Em đi chùa Hương, Đêm nay anh ở đâu, Nơi gặp gỡ tình yêu, Đường bốn mùa xuân, Thật là khó nói, Mùa xuân nho nhỏ, Mùa xuân đầu tiên. Trong sự nghiệp của mình, bà đã đạt nhiều giải thưởng: Giải nhất tại cuộc thi nhạc nhẹ quốc tế Cóc Phây vàng lần thứ 18 ở Bulgaria, năm 1982; Huy chương vàng Hội diễn ca múa nhạc toàn quốc năm 1985; Bằng khen đặc biệt cuộc thi 8 bài hát trên vô tuyến truyền hình ở Cuba; Bằng khen người hát bài hát Tiệp Khắc hay nhất, và nhiều bằng khen trong nước cũng như quốc tế.

Bà được mệnh danh là "Người đàn bà hát" là "Pho sử hát của đài tiếng nói Việt Nam" và là "Người đàn bà có giọng hát chiến thắng thời gian".[cần dẫn nguồn]

Sau khi nghỉ hưu bà còn đi biểu diễn nhiều nơi trong nước và nước ngoài.

Đáng lẽ NSND Thanh Hoa được phong danh hiệu nghệ sĩ từ rất sớm, nhưng vào những năm 80 của thế kỷ trước bà có lần đã cùng ca sĩ Ngọc Tân vượt biển trốn ra nước ngoài vì lý do kinh tế. Sự việc không thành, Ngọc Tân và bà đều bị kỷ luật. Ngọc Tân thì không được hát trên Đài Tiếng nói Việt Nam (VOV), và Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) nữa, còn bà thì nhiều năm sau không được công nhận là nghệ sĩ.[cần dẫn nguồn]

Từ năm 1995, Thanh Hoa trở thành bà chủ của phòng trà Aladin và một công ty biểu diễn nghệ thuật mang tên mình. Năm 2001, bà được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân dân. Năm 2006, Thanh Hoa về hưu và cũng trong năm đó bà tổ chức một liveshow kỉ niệm 40 năm ca hát mang tên "Hát... thầm...."

Cuối năm 2019, bà lại tổ chức liveshow kỉ niệm 55 năm ca hát của mình mang tên "Em vẫn như ngày xưa".