Tại đội trẻ Hà Nội T&T

Năm 2013, Đình Trọng ghi dấu ấn đậm nét trong biên chế của U17 Hà Nội T&T và cùng đội nhà giành huy chương đồng U17 quốc gia 2013 sau thất bại trước U17 SHB Đà Nẵng[1]. Năm 2014, anh lại được gọi tham gia đội U19 Hà Nội T&T và cùng đội nhà giành chức vô địch U19 quốc gia năm 2014[1].

Trong biên chế của U21 Hà Nội T&T, Đình Trọng lại cùng đội bóng thủ đô đăng quang chức vô địch U21 quốc gia năm 2016[2]. Tại giải này anh cũng lọt vào danh sách đội hình tiêu biểu của giải.[2]

Tại câu lạc bộ bóng đá Công an Nhân dân[1]

Năm 2014, Đình Trọng được HLV Nguyễn Đức Thắng gọi về câu lạc bộ Công An Nhân dân thi đấu ở giải hạng nhì. Đình Trọng chỉ khoác áo câu lạc bộ Công an Nhân dân 1 mùa giải và giúp đội bóng này thăng hạng sau đó chuyển sang CLB Sài Gòn (hiện nay có tên gọi Sài Gòn FC).

Tại câu lạc bộ bóng đá Sài Gòn

Trần Đình Trọng được câu lạc bộ chủ quản của anh là Hà Nội T&T cho Sài Gòn FC mượn[3] trong để thi đấu trong 3 mùa giải gồm mùa giải hạng nhất 2015 và hai mùa giải V-League 2016, 2017.

Vô địch giải hạng nhất mùa giải 2015

Năm 2015, khi câu lạc bộ bóng đá Sài Gòn còn mang tên câu lạc bộ Hà Nội và chơi ở giải hạng nhất quốc gia, Trần Đình Trọng mang số áo 21 thi đấu ở vị trí trung vệ[4]. Anh ra sân 10 trên tổng số 14[1] trận đấu toàn giải và cùng câu lạc bộ đoạt chức vô địch giải hạng nhất giành suất thăng hạng dự V-League mùa giải 2016.

Thi đấu V-League tại câu lạc bộ bóng đá Sài Gòn

Tại V-League, Trần Đình Trọng vẫn tiếp tục là sự lựa chọn hàng đầu ở vị trí trung vệ của câu lạc bộ Sài Gòn tại V-League 2016, 2017 và anh trở thành trung vệ nội trẻ nhất V-League[1]

Trở về Hà Nội T&T

Sau khi chứng kiến sự tiến bộ vượt bậc của Trần Đình Trọng sau 2 mùa giải V-League và tại giải vô địch bóng đá U-23 châu Á 2018, đội bóng chủ quản của anh là Hà Nội T&T quyết định đưa anh trở lại thi đấu cho đội bóng thủ đô.[3] V-League 2018 trở thành mùa giải đầu tiên Đình Trọng được cống hiến cho đội 1 của câu lạc bộ đã đào tạo ra anh. Trong ngày trở lại sân Hàng Đẫy anh chia sẻ: "Tôi rất hạnh phúc khi trở lại thi đấu cho Hà Nội FC"[5].

Tại các đội tuyển trẻ quốc gia

Lỡ cơ hội ở U19 Việt Nam

Năm 2015, Trần Đình Trọng được HLV Hoàng Anh Tuấn gọi vào đội tuyển U19 Việt Nam trước vòng loai U19 châu Á. Nhưng sau đó anh không thể tham dự đội tuyển do phải trải qua ca phẫu thuật ruột thừa[4].

Cùng U20 Việt Nam tham dự giải vô địch bóng đá U-20 thế giới

Năm 2017, Trần Đình Trọng lại được HLV Hoàng Anh Tuấn gọi vào đội tuyển U20 Việt Nam để tham dự giải vô địch bóng đá U-20 thế giới 2017. Anh chỉ thi đấu 2 trận do phải nhận thẻ đỏ trong trận gặp U20 Pháp và đội tuyển U20 Việt Nam bị loại khỏi giải đấu ngay sau vòng bảng[6].

Đội tuyển quốc gia Việt Nam

Trần Đình Trọng được HLV Nguyễn Hữu Thắng triệu tập vào đội tuyển quốc gia Việt Nam trước trận đấu của Việt Nam với Jordan tại vòng loại Asian Cup 2019.[6]

Ra sân đội tuyển quốc gia