ราชการทหาร

พล.อ. ธีรเดช มีเพียร เคยดำรงตำแหน่งผู้บังคับการกองพันทหารปืนใหญ่ ใน พ.ศ. 2520 เป็นวุฒิสภาชิก ใน พ.ศ. 2522 เป็นเจ้ากรมการข่าวทหาร พ.ศ. 2536 เป็นผู้บัญชาการสถาบันวิชาการป้องกันประเทศ ใน พ.ศ. 2539 และเป็นผู้อำนวยการองค์การทหารผ่านศึก ใน พ.ศ. 2540 จนกระทั่งได้รับตำแหน่งปลัดกระทรวงกลาโหม ใน พ.ศ. 2541[3] จนเกษียณอายุราชการใน พ.ศ. 2542

ผู้ตรวจการแผ่นดิน

ต่อมาใน พ.ศ. 2546 ได้รับโปรดเกล้าฯ เป็นผู้ตรวจการแผ่นดินของรัฐสภา[4] และเปลี่ยนเป็นผู้ตรวจการแผ่นดิน ตามรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย พุทธศักราช 2550 และได้รับโปรดเกล้าฯ เป็นประธานผู้ตรวจการแผ่นดินคนแรก เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2550[5] จนกระทั่งพ้นจากตำแหน่งเมื่ออายุครบ 70 ปี ในวันที่ 4 เมษายน พ.ศ. 2553

สมาชิกวุฒิสภา

ใน พ.ศ. 2554 พล.อ. ธีรเดช มีเพียร ได้รับการสรรหาให้ดำรงตำแหน่งสมาชิกวุฒิสภา[6] และได้รับคัดเลือกเป็นประธานวุฒิสภา เมื่อวันที่ 22 เมษายน พ.ศ. 2554 ด้วยเสียงสนับสนุน 94 เสียง[7] ในช่วงปลาย พ.ศ. 2554 สื่อมวลชนประจำรัฐสภาได้มีการตั้งฉายาให้กับนักการเมือง ซึ่งพลเอกธีรเดช ได้รับฉายาในครั้งนี้ว่า "นายพลถนัดชิ่ง"[8] จากบทบาทการเลี่ยงตอบคำถามของนักข่าว จนถูกมองว่าเป็นการชิ่งหนี

มกราคม พ.ศ. 2557 ศาลอาญาตัดสินให้พล.อ. ธีรเดช มีเพียร พ้นจากข้อกล่าวหา แต่จากสถานะการณ์ร้อนแรงทางการเมืองทำให้ไม่ได้รับการเสนอข่าวจากสำนักข่าวใด ๆ ในประเทศไทย

การพ้นจากตำแหน่งประธานวุฒิสภา

พล.อ. ธีรเดช พ้นจากตำแหน่งเมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม พ.ศ. 2555 หลังศาลอาญามีคำสั่งให้ตัดสินจำคุก 2 ปี เนื่องจากเมื่อครั้งดำรงตำแหน่งประธานผู้ตรวจการแผ่นดินของประเทศไทย ได้ขึ้นเงินเดือนให้ตัวเองและคนในวุฒืสภา แต่ทว่าสถานะความเป็นสมาชิกวุฒิสภายังคงดำรงอยู่[9]

พ.ศ. 2556 ศาลอาญาตัดสินยกเลิกคำร้องหลังจากพิจารณาการอุทรณ์

ในวันที่ 31 กรกฎาคม 2557 ได้รับการแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ ภายหลังการรัฐประหารโดยคณะรักษาความสงบแห่งชาติ[10]