NSƯT Thanh Loan sinh năm 1951 tại Hà Nội, gia đình bà nhiều đời có truyền thống kinh doanh tuy nhiên đến bà thì lại rẽ sang hoạt động nghệ thuật. 15 tuổi, cô thiếu nữ Hà Nội gốc có vẻ đẹp trong sáng, thánh thiện ấy đã nổi tiếng khắp khu phố, 16 tuổi, bà vào trường Nghệ thuật Quân đội theo học lớp diễn viên Nhờ vào ngoại hình của mình bà nhanh chóng được tiến thân vào giới điện ảnh Việt Nam không lâu sau đó.
Tuy nhiên mãi đến năm 1986 Thanh Loan mới nhận được lời mời tham gia phim Biệt động Sài Gòn giúp tến tuổi đi lên cho đến hiện tại. Khi nhận lời tham gia diễn xuất trong phim, nghệ sĩ Thanh Loan là một phát thanh viên vì đọc kịch bản thấy hay nên bà nhận lời dù trước đó đoàn phim đã quay được 1 năm trời. Sau đó, chính bà cũng không ngờ quá trình hoàn thiện bộ phim kéo dài đến 4 năm.
Trong phim bà vài vai Ni cô Huyền Trang vì thế nên nghệ sĩ Thanh Loan sẵn sàng làm mọi thứ, từ việc xin vào chùa tu tập một tuần, theo dõi các nhà sư sinh hoạt, tụng kinh, gõ mõ cho đến tập chèo ghe, ngâm mình trong nước,... để thấm kịch bản. Sau vai diễn bà được công chúng biết đến như một diễn viên chuyên nghiệp thay vì phát thanh viên.
Bà chia sẻ cuộc sống tuổi xế chiều khi làm đạo diễn và quản lý điện ảnh công an, phim tài liệu bà đạo diễn: "Những người trong truyện" đạt giải Cánh Diều Bạc; phim "Bộ trưởng của chúng tôi" được giải khuyến khích Hội Điện ảnh VN và Bằng khen Liên hoan, đây được xem là một thành công lớn trong cuộc đời với NSND Thanh Loan, ngoài tra trước đó bà từng giành giải Cánh diều vàng và nhiều bộ phim từng tham gia như: Người về đồng cói, Phương án ba bông hồng, Nơi tình yêu đã chết, Bí mật thành phố cấm, Bản đề án bị bỏ quên,...
Nghệ sĩ nhân dân Thanh Loan rất yêu nghề diễn nhưng làm nghề 43 năm, mang lon đại tá mà về già không có tài sản gì đáng giá. Lúc về hưu, hai vợ chồng ngỡ ngàng nhìn nhau vì chồng là PGS.TSKH, vợ là nghệ sĩ nổi tiếng mà chả có cái sổ tiết kiệm nào ra tấm ra mónHiện tại, ở tuổi thất thập, NSND Thanh Loan dù đã nghỉ hưu nhưng vẫn tất bật công tác hội. Cô hiện đang là Phó chủ tịch hội Liên hiệp Văn học Nghệ thuật Hà Nội, Phó chủ tịch phụ trách Hội Điện ảnh Hà Nội.
