นายชัยวุฒิ เคยดำรงตำแหน่ง ผู้ช่วยเลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงพาณิชย์ และ ผู้ช่วยเลขานุการคณะกรรมาธิการพลังงาน สภาผู้แทนราษฎรที่ปรึกษาคณะกรรมาธิการทหาร สภาผู้แทนราษฎร คณะกรรมาธิการวิสามัญงบประมาณ คณะกรรมาธิการคมนาคม สภาผู้แทนราษฎร คณะกรรมาธิการติดตามผลการปฏิบัติตามมติของสภาผู้แทนราษฎร

เมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม พ.ศ. 2551 พรรคประชาธิปัตย์ได้จัดการประชุมใหญ่วิสามัญประจำปี เพื่อเลือกตั้งคณะกรรมการบริหารพรรคชุดใหม่ตามข้อบังคับพรรค และ นายชัยวุฒิ บรรณวัฒน์ ได้รับเลือกให้ดำรงตำแหน่ง รองหัวหน้าพรรคประชาธิปัตย์ รับผิดชอบดูแลพื้นที่ภาคเหนือ

ในรัฐบาลของนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ ได้แต่งตั้งให้นายชัยวุฒิ บรรณวัฒน์ ดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงศึกษาธิการ ซึ่งผลงานไม่มีความโดดเด่น จนได้รับฉายาจากพรรคเพื่อไทย เป็น 1 ใน 10 รัฐมนตรีไร้ผลงาน ว่า "รัฐมนตรีดูข่าวไม่มี เปิดทีวีไม่เจอ"[4] จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2553 จึงได้ปรับให้ไปดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม[5] แต่จากผลการสำรวจของสำนักวิจัยเอแบคโพล พบว่าประชาชนกลุ่มตัวอย่างกว่าร้อยละ 42.2 ไม่รู้จักนายชัยวุฒิ ซึ่งมากที่สุดในบรรดารัฐมนตรีที่ประชาชนไม่รู้จัก[6]