อดีตเป็นสมาชิกสภาองค์การบริหารส่วนจังหวัดขอนแก่น และรองนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดขอนแก่นตามลำดับ ปี พ.ศ. 2544 ลงสมัครสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อ พรรคไทยรักไทย ลำดับที่ 64 ต่อมา พ.ศ. 2548 ย้ายไปสมัครในระบบแบ่งเขต ได้คะแนน 49,406 คะแนน เอาชนะนายอรรถพล ชัยนันท์สมิตย์ จากพรรคกิจสังคม และนายณรงค์เลิศ สุรพล อดีต ส.ส.จากพรรคมหาชน ที่ได้เพียง 2,060 คะแนน นับจากนั้นนายจตุพรได้รับเลือกตั้งติดต่อกันมาอีก 3 ครั้ง โดยไม่เคยสอบตก

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

จตุพร เจริญเชื้อ ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 4 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 แบบบัญชีรายชื่อ (เลื่อน) สังกัดพรรคไทยรักไทย
2. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 จังหวัดขอนแก่น สังกัดพรรคไทยรักไทย
3. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 จังหวัดขอนแก่น สังกัดพรรคพลังประชาชน
4. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 จังหวัดขอนแก่น สังกัดพรรคเพื่อไทย
5. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 จังหวัดขอนแก่น สังกัดพรรคเพื่อไทย