ธีระ วงศ์สมุทร เริ่มรับราชการเมื่อปี พ.ศ. 2514 ในตำแหน่ง นายช่างตรี กองก่อสร้าง กรมชลประทาน กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ จนได้รับตำแหน่งสูงสุดคือ อธิบดีกรมชลประทาน ในปี พ.ศ. 2550

ในการจัดตั้งรัฐบาลของพรรคประชาธิปัตย์ พ.ศ. 2551 นายธีระ วงศ์สมุทร ได้รับตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ [3] ซึ่งเป็นการดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีครั้งแรกของนายธีระ แต่การทำงานในตำแหน่งรัฐมนตรีกลับได้รับฉายาจากพรรคเพื่อไทย เป็น 1 ใน 10 รัฐมนตรีไร้ผลงาน ว่า "รัฐมนตรีเป่าสากเรียกพี่"[4] แต่ในรัฐบาลของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร ยังได้รับแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์[5] เป็นสมัยที่ 2 ต่อมานายธีระ ได้ขอลาออกจากตำแหน่งเมื่อวันที่ 24 ตุลาคม พ.ศ. 2555 เนื่องจากมีปัญหาสุขภาพ[6]