ชุติมา บุณยประภัศร เริ่มเข้ารับราชการในปี 2525 ในตำแหน่งเศรษฐกร ระดับ 3 กรมเศรษฐกิจการพาณิชย์ เคยดำรงตำแหน่งอัคราชทูตที่ปรึกษา สำนักงานพาณิชย์ในต่างประเทศ ณ กรุงบรัสเซลส์ เป็นประธานคณะกรรมการระดับเจ้าหน้าที่อาวุโสอาเซียน

ชุติมา บุณยประภัศร เคยดำรงตำแหน่งสำคัญในกระทรวงพาณิชย์ ได้แก่ อธิบดีกรมการค้าภายใน อธิบดีกรมการค้าต่างประเทศ อธิบดีกรมเจรจาการค้าระหว่างประเทศ และเป็นปลัดกระทรวงพาณิชย์ ได้รับการแต่งตั้งจากคณะรัฐมนตรีหลังการรัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2557

ผลงานที่สำคัญ เช่น ยกเลิก SG เหล็กแผ่นรีดร้อนเจืออื่น ๆ ชนิดเป็นม้วนและไม่เป็นม้วน ในเดือนกุมภาพันธํปี 2562 ส่งผลทำให้อุตสาหกรรมเหล็กในประเทศไทยมีอัตราการผลิตที่ลดลง เพราะนำเข้าเหล็กจากต่างประเทศการดำเนินการให้ประเทศไทยเข้าเป็นสมาชิกองค์การการค้าโลก การเจรจาปัญหาการเปิดตลาดข้าวและการกำหนดโควตาไก่แช่แข็งกับสหภาพยุโรป เป็นต้น[6]