Sự nghiệp thi đấu bóng chuyền đỉnh cao của chuyền 2 Thu Ngọc để lại rất nhiều dấu ấn với những người hâm mộ bóng chuyền nước nhà. Bắt đầu làm quen với trái bóng năm 1994 khi vừa tròn 14 tuổi, Thu Ngọc lúc đó cũng giống như bạn bè cùng trang lứa, gặp nhiều bỡ ngỡ trong học tập và rèn luyện. Tuy nhiên, vượt qua những khó khăn, bỡ ngỡ ban đầu, cô đã nhanh chóng bộc lộ sự nhạy bén khi được tập luyện và thi đấu ở vị trí chuyền 2. Đến năm 1998, Thu Ngọc chính thức khoác lên mình màu áo tuyển trẻ Việt Nam tham dự các giải đấu cấp độ trẻ trong khu vực, 19 tuổi được đôn lên đội 1. Sự tiến bộ vượt bậc về chuyên môn và tâm lý thi đấu giúp cho Thu Ngọc có được 1 vị trí cùng đội tuyển Việt Nam tham dự Seagames trên sân nhà vào năm 2003 cùng các đồng đội ở Câu lạc bộ như Phạm Thị Yến, Kim Huệ và Vũ Thúy. Đó cũng là tấm huy chương bạc đầu tiên trong lịch sử bóng chuyền nữ Việt Nam tại đấu trường khu vực và là dấu mốc quan trọng cho những thành tích sau này. Ở cấp độ Câu lạc bộ, chuyền 2 Thu Ngọc cùng đồng đội giành được chuỗi thành tích ấn tượng tại giải đội mạnh khi liên tiếp vô địch quốc gia vào các năm 2002, 2003, sau đó tiếp tục có chuỗi vô địch vào các năm 2004, 2005, 2006 khi giải đấu được đổi tên thành giải bóng chuyền vô địch quốc gia. Ở vị trí chuyền 2, Thu Ngọc là tay chuyền chính của đội bóng chuyền nữ Bộ Tư lệnh Thông tin (hiện nay là Câu lạc bộ bóng chuyền nữ BTL Thông tin - LienVietPostBank) trong nhiều năm, cùng đội bóng gặt hái rất nhiều thành công ở những giải đấu trong nước và quốc tế. Với bản lĩnh và kinh nghiệm được rèn luyện qua các sân chơi tầm cỡ, đến năm 2008, cô chuyển qua công tác huấn luyện, cùng HLV "Hương cảnh sát" tham gia đào tạo tại tuyến 2 của Câu lạc bộ. Tuy nhiên, sau khi khép lại lượt đi giải VĐQG năm 2008, câu lạc bộ gặp nhiều khó khăn về lực lượng nên "Ngọc Bi" được gọi lại thi đấu ở giai đoạn cuối mùa giải. Với những nỗ lực của bản thân và toàn đội, thêm một lần nữa Thu Ngọc cùng các đồng đội nâng Cup một cách thuyết phục sau khi vượt qua đội bóng được đánh giá rất cao thời điểm đó - Vital Petechim Thái Bình.
Khép lại sự nghiệp thi đấu bằng chức vô địch đầy ý nghĩa, hiện tại HLV Thu Ngọc đã hoàn toàn chuyển sang công tác huấn luyện được hơn 10 năm, chị từng trải lòng về sự nghiệp huấn luyện: "Để trở thành VĐV chuyên nghiệp, được góp mặt trong đội hình ĐTQG là vinh dự của mỗi VĐV, đòi hỏi VĐV phải có chuyên môn và tâm lý "cứng như thép", nhưng để truyền đạt lại cho những người em, người học trò của mình, làm sao để các em hiểu và làm theo được lại rất cần sự khéo léo, tinh tế và tỉ mỉ của người cô, người chị, đôi khi đòi hỏi sự nghiêm khắc và cứng rắn. Trong công tác đào tạo có không ít khó khăn nhưng những gì đã trải nghiệm, được học hỏi, được truyền dạy từ những người thầy, những chuyên gia nước ngoài và đồng đội... sẽ là hành trang quý giá cho hành trình huấn luyện đầy thử thách". Trong những năm cùng tham gia đào tạo và dẫn dắt tuyến trẻ Câu lạc bộ bóng chuyền nữ BTL Thông tin - LienVietPostBank thi đấu, người hâm mộ ấn tượng nhất với bộ đôi HLV Bùi Huy Sơn - Nguyễn Thị Thu Ngọc ở giai đoạn 2013-2016 khi giúp tuyến trẻ liên tục gặt hái những thành công bằng những chức vô địch thuyết phục tại giải trẻ CLB 2013, 2016, vô địch giải trẻ toàn quốc 2014 hay Á quân giải trẻ Thái Lan mở rộng 2016... Đặc biệt tại kỳ VTV cup 2017, khi lần đầu tiên đội tuyển trẻ được tham dự, HLV Thu Ngọc đã được bổ nhiệm vào vị trí HLV trưởng đội tuyển trẻ Việt Nam tham dự giải đấu. Chính tại sân chơi này, khán giả yêu thích "Ngọc Bi" ngày nào lại thấy được sự nhạy bén của cô qua những chỉ đạo chiến thuật trên sân cho các học trò.
Từ năm 2018 đến nay, HLV Nguyễn Thị Thu Ngọc đã trở thành HLV trưởng tuyến 3 - tuyến năng khiếu của Câu lạc bộ bóng chuyền nữ BTL Thông tin - LienVietPostBank, đây là thử thách mới trong sự nghiệp đào tạo VĐV với bản thân cô nữ QNCN khi các VĐV mới trong giai đoạn làm quen với bóng chuyền, còn khá rụt rè và bỡ ngỡ. Thấy được hình ảnh của mình những ngày mới tập bóng trong những cô học trò nhỏ, HLV Thu Ngọc không chỉ là người thầy truyền dạy cho các học trò từ tinh thần máu lửa, ý chí khát khao chiến thắng, nuôi dưỡng đam mê với bóng chuyền đến việc trang bị các kỹ thuật cơ bản mà còn là người bạn để chia sẻ những kỹ năng sống mỗi khi các "mầm non bóng chuyền" và mọi người trong Câu lạc bộ gặp khó khăn.
Trải qua chặng đường gần 3 năm trong công cuộc "đãi cát tìm vàng", đào tạo VĐV năng khiếu theo chương trình "tài năng trẻ quốc gia" giúp HLV Nguyễn Thị Thu Ngọc tích lũy được nhiều kinh nghiệm, đã và đang xây dựng lực lượng nền móng, cung cấp những lứa VĐV trẻ triển vọng cho tuyến 2 và tuyến 1 đảm bảo nhiệm vụ thi đấu giành thành tích, phát huy truyền thống vẻ vang mà Câu lạc bộ bóng chuyền nữ BTL Thông tin - LienVietPostBank đã xây dựng, phấn đấu và trưởng thành trong suốt 50 qua.