Sinh ra trong một gia đình nhà nông ở xã Hồng Châu, huyện Tiền Hải, Thái Bình, Nguyễn Thị Loan trải qua tuổi thơ êm đềm như nhiều đứa trẻ thôn quê khác.
Cô thường giúp bố mẹ làm ruộng sau những buổi học. Năm học lớp 8, cô khăn gói lên Hà Nội gia nhập vào đội bóng chuyền trẻ thủ đô với vị trí chủ công. Loan được tham dự 4 giải thi đấu cấp thành phố cũng như quốc gia và từng giành huy chương đồng ở giải bóng chuyền thủ đô.
Thi đậu vào khoa Kinh tế của trường Đại học Thương Mại, Loan chia tay nghiệp cầu thủ. Ít ai nghĩ cô gái mộc mạc, thậm chí là "quê mùa" này sẽ trở thành Hoa hậu.
Tham dự cuộc thi Hoa hậu Việt Nam 2010, ban đầu Nguyễn Thị Loan không để lại được nhiều ấn tượng so với những người đẹp khác. Cô khá trầm tính và giản dị. Tuy nhiên, trong đêm thi chọn Người đẹp biển, Loan đã làm nên 1 bước đột phá khi vượt qua 36 người đẹp khác để giành được danh hiệu này. Mặc dù không giành được ngôi vị cao nhất, nhưng cô gái quê ngày nào đã lọt vào top 5 người đẹp của cuộc thi năm đó.
Sau 2 năm đăng quang, Nguyễn Thị Loan đã dần hoàn thiện hình ảnh của mình, trở nên xinh đẹp và hiện đại hơn. Cô cũng rất nhiệt tình tham gia các hoạt động xã hội. Ngoài ra, cô còn kinh doanh quán ốc mang thương hiệu "Bông hậu" khá nổi tiếng.
Bất ngờ, Người đẹp biển 2010 đăng ký dự thi Hoa hậu các dân tộc Việt Nam 2013 và đạt danh hiệu Á hậu 2.
