นายจุลพันธ์ อมรวิวัฒน์ ลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2548 และได้รับการเลือกตั้งเข้าสู่สภาเป็นครั้งแรก ในนามพรรคไทยรักไทย โดยสามารถเอาชนะยงยุทธ สุวภาพ จากพรรคประชาธิปัตย์[2] (ส.ส.คนเดียวของประชาธิปัตย์ ในพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่)

ในวันที่ 29 เมษายน พ.ศ. 2554 เขาได้เข้าร่วมการชุมนุมของกลุ่มแนวร่วมประชาธิปไตยต่อต้านเผด็จการ ที่บริเวณสนามโรงเรียนบ้านวังจ๊อม อ.เชียงดาว จ.เชียงใหม่ [3]