พลเอก ชัยชาญรับราชการมาตั้งแต่ปี 2523 จนกระทั่งได้รับโปรดเกล้า ฯ ให้ดำรงตำแหน่งหัวหน้านายทหารฝ่ายเสนาธิการประจำปลัดกระทรวงกลาโหมก่อนจะได้รับโปรดเกล้าฯ ให้ดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการสำนักนโยบายและแผนกลาโหม

วันที่ 1 ตุลาคม 2558 พลเอกชัยชาญได้รับโปรดเกล้า ฯ ให้ดำรงตำแหน่งรองปลัดกระทรวงกลาโหม

วันที่ 9 กันยายน 2559 พลเอกชัยชาญได้รับโปรดเกล้า ฯ ให้ดำรงตำแหน่ง ปลัดกระทรวงกลาโหม สืบต่อจากพลเอกปรีชา จันทร์โอชา โดยมีผลในวันที่ 1 ตุลาคม 2559 [12]

วันที่ 10 มกราคม 2560 ได้มีพระราชโองการโปรดเกล้า ฯ พระราชทานยศ พลเรือเอก และ พลอากาศเอก ให้กับพลเอกชัยชาญและโปรดเกล้า ฯ แต่งตั้งให้เป็นนายทหารพิเศษประจำ โรงเรียนนายร้อยพระจุลจอมเกล้า โรงเรียนนายเรือ และ โรงเรียนนายเรืออากาศนวมินทกษัตริยาธิราช