อดีตเป็นสมาชิกสภาองค์การบริหารส่วนจังหวัดสกลนคร และประธานสภาองค์การบริหารส่วนจังหวัดสกลนคร ตามลำดับ

พ.ศ. 2544 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรเป็นครั้งแรก ในสังกัดพรรคชาติไทย โดยเอาชนะนายเฉลิมชาติ การุญ จากพรรคความหวังใหม่ แต่ในการเลือกตั้งปี พ.ศ. 2548 นายนริศรพ่ายให้กับนายเฉลิมชาติ ซึ่งย้ายไปสังกัดพรรคไทยรักไทย

ต่อมา พ.ศ. 2549 นายนริศรลงสมัคร และได้รับเลือกเป็นสมาชิกวุฒิสภาจังหวัดสกลนคร หลังการรัฐประหาร 19 กันยายน พ.ศ. 2549 นายนริศรลงสมัครสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรอีกครั้ง สังกัดพรรครวมใจไทยชาติพัฒนา ได้คะแนนมาเป็นอันดับที่ 5 ของเขต (มี ส.ส.ได้ 3 คน) หลังจากนั้นนายนริศรจึงไปดำรงตำแหน่งรองนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดสกลนคร

พ.ศ. 2554 ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรอีกครั้ง สังกัดพรรคเพื่อไทย ซึ่งในปี พ.ศ. 2556 เขาถูกกล่าวหาว่าเป็นผู้กดบัตรแสดงตนอิเล็กทรอนิกส์แทนสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรคนอื่น ในการประชุมร่วมรัฐสภาเพื่อพิจารณาร่างแก้ไขรัฐธรรมนูญ

หลังรัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2557 วันที่ 8 กันยายน พ.ศ. 2559 คณะกรรมการป้องกันและปราบปรามการทุจริตแห่งชาติ มีมติให้ดำเนินคดีอาญาต่อเขา เนื่องจากไม่ตรวจทานร่างรัฐธรรมนูญ [2]

ในวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2559 สภานิติบัญญัติแห่งชาติลงมติถอดถอนเขาออกจากตำแหน่งส่งผลให้เขา ถูกห้ามดำรงตำแหน่งทางการเมืองและทางราชการ เป็นเวลา 5 ปี [3]

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

นริศร ทองธิราช ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 2 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 จังหวัดสกลนคร สังกัดพรรคชาติไทย
2. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 จังหวัดสกลนคร สังกัดพรรคเพื่อไทย