Lương Thu Trang tốt nghiệp Cao đẳng Nghệ thuật Hà Nội, sau đó công tác tại Nhà hát Tuổi trẻ. Những năm đầu vào nghề, diễn viên dành trọn tâm huyết cho sân khấu, gắn liền các vai đào thương. 28 tuổi, cô lần đầu chạm ngõ truyền hình, sau đó xuất hiện trong nhiều phim "giờ vàng" với vai diễn đa dạng.
Những cô gái trong thành phố (2018)

Trích đoạn Cúc và các emtrao đổi với chủ nhà về tiền thuê trọ. Video: VTV Giải trí
Trong vai diễn truyền hình đầu tiên, Lương Thu Trang hóa thân Cúc - công nhân may xí nghiệp, phải xa con để bươn chải ở thành phố. Cô có tính cách hiền lành, chịu thương chịu khó, luôn nhường nhịn, chăm lo chu đáo cho ba người em đồng nghiệp cùng phòng trọ. Do biến cố tình cảm, Cúc sống khép mình. Tuy nhiên sau thời gian tiếp xúc với Đức (Mạnh Dũng) - bảo vệ ở xưởng may, cô dần mở lòng, có cái kết viên mãn.
Đạo diễn Vũ Trường Khoa từng cho biết sửa kịch bản để Cúc là mẹ đơn thân, giống hoàn cảnh của Lương Thu Trang ngoài đời. Nhờ trải nghiệm từ cuộc sống, cô lột tả sinh động tâm lý nhân vật. Theo diễn viên, khi nhận kịch bản, câu chuyện của Cúc đã thu hút cô.
Mùa xuân ở lại (2020)
Ở series của đạo diễn Nguyễn Danh Dũng, Lương Thu Trang thể hiện vai Hòa - cô giáo vùng cao. Hai ngày đầu bấm máy, cô được sắp xếp đóng tất cả cảnh khóc. Điều này khiến diễn viên lo lặp lại hình ảnh u sầu của Cúc ở Những cô gái trong thành phố. Đạo diễn Danh Dũng chuyển tâm lý nhân vật sang hướng khác nhưng lo ngại cô không thể đóng ra chất của Hòa. Đến ngày thứ ba, cô đóng được những cảnh ''tưng tửng'', khiến đạo diễn hoàn toàn yên tâm. Diễn viên cũng cắt tóc để phù hợp tính cách năng động của nhân vật.

Phân đoạn Hòa giận đồng nghiệp vì muốn bỏ công việc giáo viên vùng cao. Video: VTV Giải trí
Hướng dương ngược nắng (2020)
Giống Hòa, Minh của Hướng dương ngược nắng (đạo diễn Vũ Trường Khoa) giúp Lương Thu Trang thoát khỏi hình tượng nhu mì trên màn ảnh. Minh là cô gái cá tính, mạnh mẽ, biết võ thuật, giỏi dược liệu. Cuộc sống của cô trở nên xáo trộn khi phát hiện những mối quan hệ phức tạp liên quan huyết thống.
Lương Thu Trang dành nhiều thời gian phân tích tâm lý phức tạp của Minh. Cô theo dõi mọi bình luận của khán giả, không ngại ý kiến trái chiều với nhân vật khi Minh có những hành động được cho là ngạo mạn với mọi người.
Sau bộ phim, diễn viên thấy bản thân cứng cáphơn. Vai Minh giúp Lương Thu Trang thắng giải Cánh Diều Vàng 2021, hạng mục Nữ diễn viên chính xuất sắc.

Trích đoạn Minh xử lý khủng hoảng cho tập đoàn Cao Dược. Video: VTV Giải trí
Mặt nạ gương (2021)
Trong tác phẩm do Bùi Quốc Việt đạo diễn, Lương Thu Trang đảm nhận vai Hoa - nhà văn viết truyện trinh thám, lăn xả tìm hiểu các vụ án mạng để có chất liệu sáng tác. Cuộc sống của cô xoay quanh nhiều chuyện kỳ lạ hơn khi phát hiện nguyên nhân mẹ mất, những bí mật của bố và dì ghẻ.

Cảnh đấu trí căng thẳng của Hoa và gia đình trước tội phạm. Video: VTV Giải trí
Diễn viên nhận kịch bản sau 20 ngày kết thúc phim Hướng dương ngược nắng. Cô chủ động ép cân để gương mặt, vóc dáng thon gọn, linh hoạt hơn. Ngoài điều chỉnh chế độ ăn, lịch trình vất vả, cô thường phải quay đêm, thực hiện các cảnh đánh đấm nên sụt cân nhanh chóng, giảm 7 kg trong vài tháng.
Đạo diễn Bùi Quốc Việt nhận định diễn viên có khả năng và chịu khó tìm tòi cách thể hiện để bộc lộ tốt nhất vai diễn. Theo Lương Thu Trang, Hoa là nhân vật đa màu sắc, khiến cô muốn khám phá.
Trạm cứu hộ trái tim (2024)
Tác phẩm do Vũ Trường Khoa đạo diễn, đánh dấu lần đầu Lương Thu Trang thử sức vai phản diện trên truyền hình. Cô hóa thân bác sĩ tâm lý An Nhiên, có mối quan hệ sai trái với Nghĩa (Quang Sự) - chồng Ngân Hà (Hồng Diễm). Trước đây, Nghĩa kết hôn Hà để trả thù gia đình cô, do bố vợ từng khiến bố đẻ anh phá sản. An Nhiên cũng nuôi mối hận lâu năm với Hà, cùng Nghĩa lên kế hoạch cho mục tiêu chung.

Phân đoạn An Nhiên bị Nghĩa trách vì cố tình để thuốc tránh thai, bao cao su vào túi anh, khiến Ngân Hà nghi ngờ. Video: VTV Giải trí
Diễn viên cho biết phải vẽ sơ đồ để phân tích tâm lý An Nhiên. Trong phim, phần lớn phân đoạn của cô đềunặng về mặt cảm xúc. ''Lúc nào cũng chỉ lườm, quát, mắng chửi rồi khóc'', cô nói.
Thể hiện nhân vật, Lương Thu Trang bị người xem ''ném đá'' gay gắt vì nhiều thủ đoạn, gán cho cô mác ''tiểu tam'', khiến diễn viên từng phải khóa trang cá nhân. Trong một buổi giao lưu trên mạng xã hội, cô mong khán giả có cái nhìn khách quan hơn.
Dịu dàng màu nắng (2025)
Ở bộ phim mới lên sóng tháng 6 của đạo diễn Bùi Quốc Việt, diễn viên đảm nhận vai Lan Anh, làm quản lý một cơ sở spa, thẩm mỹ. Cô kết hôn Bắc (Duy Hưng) - công nhân nhà máy bánh kẹo. Do gánh nặng kinh tế, Lan Anh ngoại tình một người đàn ông trẻ. Khi Bắc phát hiện, hôn nhân của cô tan vỡ, phải chuyển nơi ở, làm việc.
Lương Thu Trang cho biết từng suy nghĩ về việc nhận vai do lo ngại chưa thoát được màu sắc của An Nhiên. Những ngày đầu làm phim, diễn viên phải nhờ trợ lý quay lại hình ảnh của mình trên monitor, nhằm sửa ánh mắt sắc sảo mà cô đã tập cho nhân vật trước.

Cảnh Lan Anh lén thăm con trong lúc ly thân chồng. Video: VTV Giải trí
Phương Linh