ศ.ดร.ธีระ สูตะบุตร ได้รับราชการเป็นอาจารย์ที่ ภาควิชาโรคพืช คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ในปี พ.ศ. 2511 และได้รับการเลื่อนตำแหน่งตามลำดับ โดยได้ดำรงตำแหน่ง ศาสตราจารย์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2534 ในช่วงระหว่างปี พ.ศ. 2539 ถึง พ.ศ. 2545 ศ.ดร.ธีระ สูตะบุตร ได้ดำรงตำแหน่ง อธิการบดีมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ อย่างต่อเนื่องถึงกว่า 6 ปี กระทั่งเกษียณอายุราชการเมื่อวันที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2545 ในระหว่างที่ดำรงตำแหน่งอธิการ ศ.ดร.ธีระ สูตะบุตร ได้เป็นผู้ที่มอบปริญญาดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์ให้กับนายไทเกอร์ วูด ถึงโรงแรมที่พักด้วยตัวเอง

ภายหลังเหตุการณ์รัฐประหาร 19 กันยายน พ.ศ. 2549 ศ.ดร.ธีระ สูตะบุตร ในวัย 65 ปีได้รับเชิญเข้าร่วมรัฐบาลพล.อ.สุรยุทธ์ จุลานนท์ โดยได้ดำรงตำแหน่ง รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ [2]

ภายหลังพ้นตำแหน่งรัฐมนตรีแล้ว ศ.ดร.ธีระ สูตะบุตร ได้กลับไปบริหารกิจการโรงเรียนเอกชนในย่านปากเกร็ดชื่อ โรงเรียนพิชญศึกษา ของตนเองโดยไม่ยุ่งเกี่ยวกับการเมือง