นายธีระชัย แสนแก้ว เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดอุดรธานี สังกัดพรรคพลังประชาชน เคยได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในรัฐบาลของนายสมัคร สุนทรเวช และรัฐบาลของนายสมชาย วงศ์สวัสดิ์[3] และเป็นหนึ่งในแนวร่วมประชาธิปไตยต่อต้านเผด็จการแห่งชาติ แดงทั้งแผ่นดิน (นปช.) ซึ่งถูกศาลตัดสินลงโทษจำคุก 6 เดือน ปรับ 10,000 บาท โดยโทษจำคุกให้รอลงอาญาไว้ 2 ปี พร้อมให้จำเลยทั้ง 2 ลงคำพิพากษาของศาลในหนังสือพิมพ์ไทยรัฐและไทยโพสต์ เป็นเวลา 3 วัน[4] จากคดีหมิ่นประมาทนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ นายกรัฐมนตรี

ในปี พ.ศ. 2551 ถูกตัดสิทธิ์ทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคพลังประชาชน[5]

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 เขาได้สมัครรับเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดอุดรธานี ในสังกัดพรรคภูมิใจไทย