ประเสริฐ บุญสัมพันธ์ จบการศึกษาชั้นมัธยมศึกษาจาก โรงเรียนอำนวยศิลป์ พระนคร จบการศึกษาปริญญาตรี วิศวกรรมศาสตร์ (วิศวกรรมโยธา) จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปริญญาโท บริหารธุรกิจจากมหาวิทยาลัยยูทาห์ สหรัฐอเมริกา, ปริญญาบัตรหลักสูตรป้องกันราชอาณาจักรภาค รัฐร่วมเอกชน รุ่นที่ 10 วิทยาลัยป้องกันราชอาณาจักร (วปรอ.4010) CERTIFICATE IN ADVANCED MANAGEMENT PROGRAM, HARVARD BUSINESS SCHOOL มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด สหรัฐอเมริกา และหลักสูตรการเมืองการปกครองในระบอบประชาธิปไตย สำหรับนักบริหารชั้นสูงรุ่นที่ 6 สถาบันพระปกเกล้า

เริ่มทำงานเป็นนักวิเคราะห์ที่ บริษัท เอสโซ่แสตนดาร์ด ประเทศไทย เมื่อปี 2520 เป็นเวลา 3 ปี ก่อนที่จะออกไปเป็นผู้อำนวยการตลาด บริษัท เบอร์ลี่ ยุคเกอร์ เมื่อปี 2524 ทำงานอยู่ได้เพียงปีเดียวก็เข้ามาทำงานในปตท. ตำแหน่งผู้อำนวยการฝ่ายปฏิบัติการขนส่ง เมื่อปี 2525 หลังจากนั้นก็ได้ก้าวสู่ตำแหน่งผู้อำนวยการฝ่ายจัดซื้อน้ำมันและสัญญา ปตท. ผู้ช่วยผู้ว่าการด้านการตลาด ปตท. ก่อนจะก้าวเข้าสู่ตำแหน่ง รองผู้จัดการใหญ่ การตลาด ธุรกิจน้ำมัน ในปี 2535 โดยอยู่ต่ำแหน่งนี้มา 5 ปี

หลังจากนั้นมีการ ปรับโครงสร้างปตท. จึงได้นั่งตำแหน่งเป็นผู้จัดการใหญ่ ปตท.น้ำมัน ก่อนจะถูกโยกย้ายให้ดูแล ธุรกิจก๊าซธรรมชาติ ในตำแหน่ง ผู้จัดการใหญ่ ปตท. ก๊าซธรรมชาติ ในปี 2543 รองกรรมการผู้จัดการใหญ่ กลุ่มธุรกิจก๊าซธรรมชาติ บริษัทปตท. จำกัด (มหาชน) นอกจากนี้ ยังได้ดำรงตำแหน่ง กรรมการ บริษัท บางจากปิโตรเลียม จำกัด (มหาชน) บริษัท ปตท. จำหน่ายก๊าซธรรมชาติ จำกัด บริษัท ปตท. สำรวจและผลิตปิโตรเลียม จำกัด (มหาชน) และบริษัททรานส์ ไทย-มาเลเซีย (ประเทศไทย) จำกัด

ในปี พ.ศ. 2557 ได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ[6]