Nguyễn Thị Huyền đăng quang Hoa hậu Việt Nam vào năm 2004. Năm ấy, cuộc thi thu hút gần 3.000 thí sinh ghi danh nhưng chỉ có 21 cô gái lọt vào chung kết. Kết quả, Nguyễn Thị Huyền đến từ Hải Phòng giành vương miện cao nhất. Á hậu 1 là Trịnh Chân Trân còn danh hiệu Á hậu 2 được trao cho Nguyễn Thị Ngọc Bích.

Năm đăng quang, Nguyễn Thị Huyền mới 19 tuổi, đang là sinh viên của Học viện Báo chí và Tuyên truyền. Cuối năm 2004, người đẹp đại diện cho Việt Nam tham dự cuộc thi Hoa hậu Thế giới (Miss World) tại Trung Quốc. Với khuôn mặt đầy đặn, mộc mạc mang vẻ đẹp đặc trưng của phụ nữ Á Đông, hình thể lợi thế (84-60-92) với chiều cao 1,72 m, Nguyễn Thị Huyền đã được Ban giám khảo Miss world chọn vào Top 15 (đồng hạng 10 với Hoa hậu Trung Quốc).

Sau khi hoàn thành nhiệm vụ của cuộc thi Hoa hậu Việt Nam, Nguyễn Thị Huyền đi du học rồi về nước kết hôn. Từ đó, thông tin của cô trở nên hiếm hoi. Chỉ khi công tác tại Đài Truyền hình Việt Nam, thông tin của Nguyễn Thị Huyền mới được hé lộ chút ít. 

Dù sở hữu lợi thế về ngoại hình và có được danh tiếng lớn từ ngôi vị Hoa hậu Việt Nam nhưng Nguyễn Thị Huyền lại không chú trọng showbiz và quyết tâm theo đuổi con đường học tập. Cô chỉ coi showbiz như một cuộc dạo chơi với nghệ thuật, để thử sức bản thân. Năm 2007, nàng hậu du học chuyên ngành báo chí tại đại học Middlesex (Anh). Cô tốt nghiệp cử nhân loại giỏi sau hai năm và trở về Việt Nam. Tới năm 2012, Nguyễn Thị Huyền tiếp tục học Nghiên cứu sinh tại Học viện Báo chí và Tuyên truyền.

Tuy không mặn mà với showbiz nhưng Nguyễn Thị Huyền cũng từng góp mặt trong phim Thời Xa Vắng, Lâu Đài Tình Ái (đóng cùng Hoài Linh, Phi Nhung).

Về đời sống cá nhân, Nguyễn Thị Huyền từng bí mật kết hôn với doanh nhân - thạc sĩ Tống Ngọc Trung khi cả hai cùng du học tại Anh. Hai người có với nhau một con gái. Tuy nhiên, cặp đôi đã đường ai nấy đi vào năm 2009. Sau đó, Nguyễn Thị Huyền kín tiếng về đời tư và ít khi chia sẻ chuyện tình cảm trên truyền thông.

Hiện tại, Nguyễn Thị Huyền đang kinh doanh riêng và đảm nhiệm một số công tác chuyên môn tại Học viện Báo chí Tuyên truyền. Theo nàng hậu, cô đang tận hưởng cuộc sống gia đình viên mãn, hạnh phúc bên con cái và người chồng thứ hai. Cô từ chối tiết lộ mọi thông tin về gia đình để đảm bảo sự bình an cho các thành viên. 

Ở tuổi U40, Nguyễn Thị Huyền vẫn sở hữu vẻ đẹp trẻ trung, rạng ngời và ngày càng mặn mà, đằm thắm hơn. Cô nhiều lần được khen ngợi bởi làn da trắng mịn màng đánh bật tuổi tác. Hiện tại, Hoa hậu Nguyễn Thị Huyền vẫn giữ được một cuộc sống đáng ngưỡng mộ.