Giáo sư Nguyễn Hoàng Phương sinh ngày 27/3/1927 tại Huế. Trưởng thành trong giai đoạn đất nước nhiều biến động, ông sớm tham gia hoạt động cách mạng và từng là chiến sĩ biệt động tại Huế.

Năm 1948, ông gia nhập Đội Tuyên truyền xung phong Quảng Nam - Đà Nẵng do nhà văn Nguyễn Văn Bổng làm đội trưởng. Nhận thấy ở người chiến sĩ trẻ sự năng nổ, nhiệt huyết cùng tư chất đặc biệt, tổ chức đã tạo điều kiện để ông tiếp tục học tập.

Một năm sau, đồng chí Nguyễn Hoàng Phương được cử sang Nam Ninh, Trung Quốc học khoa học cơ bản. Tại đây, ông có dịp học với Giáo sư Lê Văn Thiêm - một trong những nhà khoa học Việt Nam tiêu biểu thời kỳ đó. 

Sau thời gian đào tạo, ông ở lại Khu học xá Nam Ninh tham gia giảng dạy. Việc vừa học, vừa dạy giúp ông tích lũy kiến thức và kinh nghiệm, tạo tiền đề cho con đường nghiên cứu khoa học sau này.

Tháng 9/1956, ông trở về nước và giảng dạy tại Trường Đại học Sư phạm. Khi Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội được thành lập, nay là Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, ông là một trong những giảng viên có mặt từ những ngày đầu.

Khi Khoa Tự nhiên được tổ chức lại thành các khoa chuyên ngành, trong đó có Toán, Vật lý, Hóa học, ông được giao phụ trách Khoa Vật lý. Cùng với những nhà khoa học như Giáo sư Ngụy Như Kon Tum, ông góp phần xây dựng những nền móng đầu tiên cho ngành Vật lý Việt Nam, đồng thời trực tiếp đào tạo nhiều thế hệ sinh viên và nhà nghiên cứu.

Đầu năm 1957, theo sự phân công của Giáo sư Lê Văn Thiêm và Giáo sư Tạ Quang Bửu, ông sang Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Dubna. Khoảng thời gian nghiên cứu tại đây tuy chỉ kéo dài khoảng 3 tháng nhưng có ý nghĩa quan trọng đối với định hướng khoa học của ông.

Tại Dubna, ông tiếp cận những lĩnh vực quan trọng của vật lý hiện đại như Cơ học lượng tử, Lý thuyết tương đối và Lý thuyết trường lượng tử. Trở về nước, ông mong muốn nhanh chóng đưa những kiến thức mới này vào đào tạo đại học.

Giáo sư Nguyễn Hoàng Phương trở thành người đầu tiên giảng dạy cho sinh viên Vật lý Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội các nội dung về Lý thuyết tương đối và Lý thuyết lượng tử. Không dừng ở các giờ học chính khóa, ông còn tổ chức những lớp chuyên đề Cơ học lượng tử vào buổi tối dành cho những người muốn nghiên cứu sâu hơn. Học viên đến từ Hà Nội và cả các địa phương lân cận.

Tháng 10/1959, ông còn tổ chức seminar (hội thảo chuyên đề - tạm dịch) Vật lý lý thuyết tại Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội và duy trì hoạt động này hằng tuần. Đây trở thành diễn đàn để cán bộ, giảng viên và những người quan tâm đến Vật lý lý thuyết từ nhiều trường cùng gặp gỡ, trao đổi.

Trong các buổi seminar, Nguyễn Hoàng Phương thường giới thiệu những vấn đề mới về lý thuyết các hạt cơ bản. Sau phần trình bày, các thành viên cùng thực hiện phép tính, trao đổi và thảo luận những hướng nghiên cứu tiếp theo. Mô hình sinh hoạt khoa học này góp phần hình thành môi trường nghiên cứu Vật lý lý thuyết trong nước khi lĩnh vực này còn khá mới mẻ.

Từ năm 1960, ông giữ cương vị Phó Chủ nhiệm Khoa Toán - Lý và đến năm 1963 trở thành Chủ nhiệm Khoa Vật lý. Trên cương vị quản lý, ông dành nhiều sự quan tâm cho việc xây dựng đội ngũ nghiên cứu kế cận. Ông đề xuất cử Nguyễn Văn Hiệu, sau đó là Đào Vọng Đức, Cao Chi và Đoàn Nhượng sang Dubna nghiên cứu. Những học trò này về sau đều trở thành các nhà vật lý lý thuyết có nhiều đóng góp cho khoa học Việt Nam.

Cùng với đào tạo nhân lực, ông thúc đẩy đổi mới chương trình giảng dạy, tăng cường các nội dung về lý thuyết lượng tử, xây dựng các bộ môn chuyên ngành, khuyến khích dịch giáo trình nước ngoài và đưa sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học.

Năm 1962, ông trở thành nhà khoa học Việt Nam đầu tiên hoàn thành luận án Tiến sĩ trong nước và bảo vệ thành công tại Liên Xô.

Luận án được phát triển từ công trình ông trình bày tại Hội nghị Khoa học đầu tiên của Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội cuối năm 1960. Công trình sau đó được đăng toàn văn trên Tạp chí Vật lý của Viện Henri Poincaré ở Paris.

Không chỉ theo đuổi những vấn đề thuần túy lý thuyết, Giáo sư Nguyễn Hoàng Phương còn tham gia giải quyết các bài toán phục vụ thực tiễn.

Năm 1966, trong bối cảnh miền Bắc đang chịu các cuộc ném bom của Mỹ, ông cùng các đồng nghiệp nghiên cứu phương pháp truyền sóng điện từ bằng hệ thống anten bố trí dưới mặt đất, phục vụ quốc phòng. Nhóm hoàn thành phần giải tích trong khoảng 2 tháng, sau đó tiến hành thực nghiệm tại Thái Nguyên và được Bộ Quốc phòng nghiệm thu.

Song song với nghiên cứu và giảng dạy, ông biên soạn nhiều giáo trình, sách chuyên khảo như Cơ lý thuyết, Hóa lượng tử trên cơ sở tích hợp toán, lý, hóa, Xử lý tín hiệu rời rạc, Toán tập mờ cho kỹ sư, Lý thuyết nhóm và ứng dụng vào vật lý lượng tử... Những tài liệu này góp phần bổ sung nguồn sách tiếng Việt phục vụ đào tạo, nghiên cứu vật lý trong bối cảnh tài liệu chuyên ngành còn thiếu.

Năm 2004, Giáo sư Nguyễn Hoàng Phương qua đời, để lại niềm tiếc thương sâu sắc trong lòng nhiều thế hệ học trò và đồng nghiệp, khép lại hành trình cống hiến cho nền khoa học và giáo dục Việt Nam.

Từ năm 2014, các cựu sinh viên Khoa Vật lý thành lập Giải thưởng Nguyễn Hoàng Phương. Giải thưởng được trao hằng năm vào ngày 27/3, đúng ngày sinh của ông, nhằm ghi nhận những sinh viên xuất sắc của Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Qua nhiều thập niên, từ giảng đường, phòng nghiên cứu đến công tác đào tạo, những đóng góp của Giáo sư Nguyễn Hoàng Phương đã gắn với quá trình hình thành và phát triển của Vật lý lý thuyết Việt Nam, đồng thời để lại ảnh hưởng lâu dài qua các thế hệ học trò.