Tốt nghiệp chương trình Bác sĩ Đa khoa tại Trường Đại học Y Hà Nội, một trong những cơ sở đào tạo y khoa hàng đầu Việt Nam vào năm 1995.
Tốt nghiệp chương trình Cử nhân Ngôn ngữ Anh tại Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 2026.
Hoàn thành chương trình Thạc sĩ Miễn dịch học tại Trường Đại học Y Hà Nội vào năm 2005.
Nhận bằng Tiến sĩ Di truyền học tại Tokyo Women’s Medical University (Nhật Bản) vào năm 2009
Tham gia hướng dẫn và phản biện các luận án Tiến sĩ tại Trường Đại học Y Hà Nội (2011) và hướng dẫn luận văn Thạc sĩ tại Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh (2015–2016).
Chủ trì và đồng chủ trì 08 đề tài nghiên cứu trong các lĩnh vực di truyền học, SHPT, sàng lọc trước sinh, hóa sinh,…. hợp tác nghiên cứu với các đơn vị trong nước và quốc tế gồm: Tokyo Women’s Medical University (Nhật Bản), Viện Sốt rét – Ký sinh trùng – Côn trùng Trung ương và các bệnh viện chuyên khoa lớn tại Việt Nam.
Tác giả và đồng tác giả của 08 công trình nghiên cứu được đăng tải trên Journal of Tropical Medicine and Health, Tạp chí Phụ sản, Tạp chí Y học TP. Hồ Chí Minh và Tạp chí Y học Việt Nam.
Hơn 30 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực xét nghiệm y khoa và quản lý phòng xét nghiệm. Được đào tạo Tiến sĩ tại Tokyo (Nhật Bản), có chuyên môn sâu về sinh hóa lâm sàng, miễn dịch, di truyền học và quản lý chất lượng phòng xét nghiệm. Từng công tác tại Viện Sốt rét – Ký sinh trùng – Côn trùng Trung ương, Ngân hàng Tế bào gốc Mekostem, Bệnh viện Phụ sản Quốc tế Sài Gòn và hiện là Trưởng khoa Xét nghiệm Bệnh viện Đa khoa Hồng Đức III.

Với hơn 12 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực Giải phẫu bệnh và Tế bào học, ThS.BSCKII. Nguyễn Thanh Toàn thành thạo các kỹ thuật chẩn đoán then chốt như mô bệnh học, tế bào học, hóa mô miễn dịch và sinh học phân tử.
Trong quá trình hành nghề, bác sĩ đã thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu có tính ứng dụng cao, được đăng tải trên các tạp chí y khoa uy tín như Tạp chí Y học Việt Nam, Tạp chí Y Dược Thực Hành, cùng nhiều ấn phẩm chuyên ngành khác.

Bên cạnh vai trò chuyên môn tại các cơ sở y tế, BS. Nguyễn Thanh Toàn còn tích cực tham gia công tác đào tạo, giảng dạy, đóng góp vào việc nâng cao năng lực chuyên môn cho thế hệ nhân lực y tế kế cận.
Các vị trí hiện tại:
Phó Trưởng Khoa Giải phẫu bệnh – Bệnh viện Quân y 175
Phó Trưởng Bộ môn Kỹ thuật Xét nghiệm Y học – Trường Đại học Văn Lang
Bác sĩ lâm sàng – Khoa Ung bướu, Bệnh viện Quân y 175
Giảng viên thỉnh giảng tại một số trường đại học khác trên toàn quốc