พลเอกชาตอุดม ติตถะสิริ เคยดำรงตำแหน่งปลัดบัญชีกองทัพบก, รองเสนาธิการทหารบก, กรรมการผู้อำนวยการใหญ่สถานีวิทยุโทรทัศน์กองทัพบกช่อง 5,ได้รับการแต่งตั้งให้เป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติเมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม พ.ศ. 2557 นอกจากนี้ยังเป็นรองเลขาธิการคณะรักษาความสงบแห่งชาติ

เมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2558 ได้รับพระราชทานยศทางทหารเป็นพลเอก และได้รับแต่งตั้งเป็นราชองครักษ์พิเศษ เมื่อวันที่ 29 ธันวาคม พ.ศ. 2558[12] เป็นกรรมการการบินไทย การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และเป็นผู้อำนวยการสำนักงานงบประมาณกลาโหม