ธรรมนัสเริ่มงานการเมืองกับพรรคไทยรักไทยเมื่อปี พ.ศ. 2542 ต่อมาในปี พ.ศ. 2557 ได้ลงสมัครสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรระบบบัญชีรายชื่อของพรรคเพื่อไทย[13] แต่การเลือกตั้งดังกล่าวเป็นโมฆะ[14] ต่อมาเมื่อคณะรักษาความสงบแห่งชาติเข้ายึดอำนาจ เขาเป็นหนึ่งในบุคคลที่ คสช. มีคำสั่งเรียกมารายงานตัว[15] ต่อมาในปี พ.ศ. 2561 ธรรมนัสได้เข้าร่วมกับพรรคพลังประชารัฐ โดยได้รับแต่งตั้งเป็นประธานกรรมการยุทธศาสตร์ภาคเหนือของพรรค และได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดพะเยา เขตที่ 1 โดยชนะอรุณี ชำนาญยา เจ้าของพื้นที่เดิมจากพรรคเพื่อไทย[16]

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

ธรรมนัส พรหมเผ่า ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 1 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 จังหวัดพะเยา สังกัดพรรคพลังประชารัฐ