Võ Nguyên Hoàng là học viên khóa 5 năm 2013 của lò đào tạo trẻ PVF.

Tháng 7 năm 2017, anh có tên trong danh sách đội tuyển U-15 Việt Nam tham dự giải vô địch U-15 Đông Nam Á tổ chức tại Thái Lan.[2] Tại giải đấu này, Nguyên Hoàng ghi được 2 bàn thắng góp công giúp U-15 Việt Nam lên ngôi vô địch.[3]

Tháng 7 năm 2020, Võ Nguyên Hoàng đã đạt được thỏa thuận bằng hợp đồng cho mượn đến với Câu lạc bộ bóng đá Sài Gòn từ PVF.[4] Anh được Sài Gòn đăng ký thi đấu từ vòng 11 V.League 2020.[5] Ngày 14 tháng 10 năm 2020, anh có bàn thắng đầu tiên cho Sài Gòn khi đánh đầu tung lưới Becamex Bình Dương tại vòng 2 giai đoạn 2 V.League 2020.[6]

Ngày 24 tháng 2 năm 2022, Nguyên Hoàng cùng Trần Liêm Điều, Đoàn Anh Việt và Hồ Khắc Lương được triệu tập bổ sung sang Campuchia tham dự giải vô địch U-23 Đông Nam Á 2022.[7] Tại giải đấu này, Nguyên Hoàng không ghi được bàn nào nhưng được đánh giá chơi rất tốt, góp công lớn giúp đội tuyển U-23 Việt Nam lên ngôi vô địch.[8]