ดร.จารุพรรณ กุลดิลก เคยรับราชการเป็นอาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ในระหว่างปี พ.ศ. 2546 ถึง พ.ศ. 2552 โดยมีตำแหน่งทางวิชาการสูงสุดเป็น ผู้ช่วยศาสตราจารย์ นอกจากนั้นแล้วยังได้รับแต่งตั้งให้ปฏิบัติหน้าที่เป็นผู้บริหารในตำแหน่งผู้ช่วยคณบดี ในระหว่างปี พ.ศ. 2547 ถึง พ.ศ. 2549 และเป็นรองคณบดี ในระหว่างปี พ.ศ. 2549 ถึง พ.ศ. 2551 [ต้องการอ้างอิง]ต่อมาจึงได้ลาออกจากราชการ และเข้าสู่งานการเมืองโดยการร่วมงานกับพรรคเพื่อไทย

ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 ดร.จารุพรรณ ได้ลงสมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 56[1] และได้รับเลือกตั้งเป็นสมัยแรก

ในวันที่ 6 มิถุนายน พ.ศ. 2555 เขากล่าวว่าคณะตุลาการศาลรัฐธรรมนูญลุแก่อำนาจ[2]

ในวันที่ 25 พฤษภาคม พ.ศ. 2557 เขาถูกคณะรักษาความสงบแห่งชาติออกคำสั่งที่ 14/2557 ให้ไปรายงานตัว[3]

นอกจากงานวิชาการ และงานการเมือง ดร.จารุพรรณ ได้ทำงานเป็นนักเขียน และนักจัดรายการวิทยุ มีผลงานอาทิ คอลัมภ์จิตวิวัฒน์ หนังสือพิมพ์มติชน คอลัมภ์พรมแดนแห่งความรู้ เครือข่ายจิตตปัญญาศึกษา รายการวิทยุชุมชนคนแท๊กซี่ รายการวิทยุชุมชนเสียงคนไทย เป็นวิทยากรรายการ มหาประชาชน People Channel และเป็นวิทยากรรายการ ที่นี่ความจริง Asia Update

ต่อมาในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 เขาได้สมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคเพื่อไทย ลำดับที่ 49[4] แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง เนื่องจากพรรคเพื่อไทยมีจำนวนสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมากกว่าจำนวนสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรพึงมีตามที่กำหนดไว้ในรัฐธรรมนูญ