ดร.ปลอดประสพ สุรัสวดี รับราชการในสังกัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ กระทั่งได้รับตำแหน่งอธิบดีกรมประมง ผู้อำนวยการสำนักงานคณะกรรมการนโยบายและฟื้นฟูทะเลไทย อธิบดีกรมทรัพยากรทางทะเลและชายฝั่ง เป็นรองปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เป็นเลขาธิการสำนักงานปฏิรูปที่ดินเพื่อเกษตรกรรม (สปก.) และเป็นอธิบดีกรมป่าไม้ ต่อมาได้รับตำแหน่งปลัดกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม

ในปี พ.ศ. 2548 นายปลอดประสพได้เข้ารับตำแหน่งทางการเมืองเป็นผู้ช่วยรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี หลังจากที่คณะกรรมการของคุณหญิงทิพาวดี เมฆสวรรค์ พิจารณาว่านายปลอดประสพไม่มีผิดทางวินัยจากอนุมัติการส่งออกเสือโคร่ง 100 ตัวไปยังประเทศจีน แม้ว่าก่อนหน้านั้นคณะกรรมการของ พลตำรวจเอก จุมพล มั่นหมายจะวินิจฉัยว่านายปลอดประสพมีความผิดก็ตาม ในปีต่อมานายปลอดประสพตำรงตำแหน่งเป็นผู้ช่วยรัฐมนตรีประจำกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม และผู้ช่วยรัฐมนตรีประจำกระทรวงวัฒนธรรมตามลำดับ

สมัย พลเอก สุรยุทธ์ จุลานนท์ เป็นนายกรัฐมนตรี ได้มีคำสั่งปลด ดร.ปลอดประสพออกจากราชการในวันที่ 15 ธันวาคม พ.ศ. 2550 และให้มีผลบังคับใช้ย้อนหลังนับตั้งแต่วันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2548 โดยการชี้มูลความผิดจากคณะกรรมการป้องกันและปราบปรามการทุจริตแห่งชาติ (ป.ป.ช.) ในกรณีที่ปลอดประสพได้ลงนามอนุมัติคำขอส่งออกเสือโคร่ง 100 ตัว ของบริษัทสวนเสือศรีราชา (ศรีราชา ไทเกอร์ ซู) ไปยังสวนสัตว์ซอนยาประเทศจีน ซึ่ง ป.ป.ช. ได้พิจารณาว่าเจตนาดังกล่าวไม่ได้เป็นไปเพื่อการวิจัยตามกล่าวอ้างและถือเป็นความผิดขั้นร้ายแรง[6] อย่างไรก็ดีในภายหลัง นายปลอดประสพได้นำ พ.ร.บ. ล้างมลทิน พ.ศ. 2550 เพื่อขอใช้สิทธิลงสมัครรับเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรพรรคพลังประชาชน และได้รับการแต่งตั้งเป็นที่ปรึกษานายกรัฐมนตรี (สมัคร สุนทรเวช) ต่อมาภายหลังได้ดำรงตำแหน่งรองหัวหน้าพรรคเพื่อไทย ต่อมาคณะกรรมการกฤษฎีกาได้พิจารณาว่า พรบ.ล้างมลทิน พ.ศ. 2550 มาตรา 6 ระบุมิให้ลงโทษกับผู้ซึ่งได้รับการลงโทษหรือได้รับพิจารณาว่าไม่มีความผิดไปแล้ว ซึ่งในกรณีนี้ปลอดประสพเคยได้รับการพิจารณาว่าไม่มีความผิดและนายกรัฐมนตรีในขณะนั้นได้ให้ความเห็นชอบและยุติเรื่อง ในการนี้อภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ นายกรัฐมนตรีในขณะนั้น จึงได้มีคำสั่งยกเลิกคำสั่งของ พลเอกสุรยุทธ์ จุลานนท์ จึงถือว่าปลอดประสพ ไม่เคยถูกคำสั่งลงโทษ ต่อมาปลอดประสพได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 ก่อนได้รับการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในรัฐบาลของยิ่งลักษณ์ ชินวัตร เมื่อวันที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2554[7] และได้รับมอบหมายให้กำกับดูแลงานของคณะกรรมการบริหารจัดการน้ำและอุทกภัยแห่งชาติ (กบอ.) ต่อมาได้รับการโปรดเกล้าฯ ให้พ้นจากตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งรองนายกรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2555[8]

อนึ่งดร.ปลอดประสพ สุรัสวดี เป็นผู้ก่อตั้งและเป็นผู้อำนวยการคนแรกของศูนย์เตือนภัยพิบัติแห่งชาติ โดยรับผิดชอบในแผนฟื้นฟูการท่องเที่ยวทางทะเลของไทยภายหลังภัยพิบัติคลื่นสึนามิ เป็นผู้ก่อตั้งและดำรงตำแหน่งประธานคณะกรรมการขององค์การบริหารการพัฒนาพื้นที่พิเศษเพื่อการท่องเที่ยวอย่างยั่งยืน (อพท.) และเป็นผู้ก่อตั้งเชียงใหม่ไนท์ซาฟารี

นอกจากนี้ปลอดประสพ สุรัสวดีถือครองที่ดินมากที่สุดในคณะรัฐบาลยิ่งลักษณ์ ชินวัตร รวมมูลค่า 807,542,000 บาท [9]

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 เขาได้สมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคเพื่อไทย ลำดับที่ 10[10] ซึ่งการเลือกตั้งในครั้งนั้นถูกศาลรัฐธรรมนูญตัดสินให้เป็นโมฆะ เนื่องจากไม่สามารถจัดให้มีการเลือกตั้งทั้งราชอาณาจักรในวันเดียวกันได้ ซึ่งขัดรัฐธรรมนูญ[11]

วันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2557 ปลอดประสพ สุรัสวดี ถูกศาลรัฐธรรมนูญตัดสินให้พ้นจากความเป็นรัฐมนตรี เนื่องจากมีส่วนเกี่ยวข้องในการโยกย้ายถวิล เปลี่ยนศรีจากตำแหน่งเลขาธิการ สภาความมั่นคงแห่งชาติ โดยขาดความชอบธรรม[12]

เมื่อวันที่ 9 มีนาคม พ.ศ. 2560 ปลอดประสพ สุรัสวดี ถูกศาลอาญาคดีทุจริตและประพฤติมิชอบกลาง มีคำพิพากษา จำคุก 1 ปี แต่รอลงอาญา 2 ปี และปรับ 20,000 บาท ฐานปฏิบัติหน้ามี่มิชอบ กรณีเมื่อปี 2546 ขณะดำรงตำแหน่งปลัดกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม มีคำสั่งปี 2546 สั่งยกเลิกการขึ้นดำรงตำแหน่งของนายวิฑูรย์ ชลายนนาวิน โจทก์ ในตำแหน่ง ผอ.สำนัก ( นักวิชาการป่าไม้ 9 ) โดยมิชอบ โดยศาลยังมีคำสั่งให้นายปลอดประสพ จำเลยต้องชดใช้เงินทดแทนความเสียหายโจทก์ด้วย 1.4 ล้านบาท[13]

ล่าสุดเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2563 ต้องคำพิพากษาถึงที่สุด (ฎีกา) ให้ลงโทษจำคุกปี 8 เดือน (ติดคุกทันที/ไม่รอลงอาญา)เนื่องจากศาลเห็นว่าการโยกย้ายตำแหน่งดังกล่าวไม่เป็นธรรมและทำลายระบบคุณธรรม-ธรรมาภิบาล คำพิพากษาศาลฎีกาในคดีดังกล่าวโดยสรุป คือ ศาลฎีกาตรวจสำนวนประชุมปรึกษาหารือกันแล้ว เห็นว่า การกระทำของนายปลอดประสพ จำเลย ขณะดำรงตำแหน่งปลัด ทส. ที่ให้นายดำรงค์ออกคำสั่งใหม่ให้นายวิฑูรย์ (โจทก์) ย้ายไปดำรงตำแหน่งป่าไม้จังหวัดอำนาจเจริญนั้น เป็นตำแหน่งข้าราชการพลเรือนระดับ 8 เป็นการย้ายไปปฏิบัติหน้าที่ต่ำกว่าระดับเดิม และเป็นการโยกย้ายโดยเร่งด่วน ไม่ได้หารือต่อคณะกรรมการ ที่จำเลยอ้างว่ามีปัญหาเรื่องตำแหน่งใหม่ของโจทก์

เมื่อมีการโอนย้ายสังกัดกรมป่าไม้จากกระทรวงเกษตรและสหกรณ์มาสังกัดกระทรวงทรัพยากรฯ ซึ่งจากคำเบิกความของพยานที่ตอบคำถามยังได้ความว่าตำแหน่ง ผอ.สำนักงานวิชาการ 9 นั้น ก็จะมีกระบวนการสรรหาผู้มีคุณสมบัติซึ่งโจทก์ก็มีคุณสมบัติ จึงต่างจากที่จำเลยอ้าง

ดังนั้นการออกคำสั่งยกเลิกการแต่งตั้งโจทก์ และการย้ายนายดำรงค์มาในตำแหน่งทับซ้อนกับโจทก์จึงเป็นการปฏิบัติหน้าที่โดยมิชอบ ทำให้ได้รับความเสียหายและทางเจริญก้าวหน้าในอาชีพของโจทก์ ซึ่งการแต่งตั้งโยกย้ายระบบราชการนอกจากความเหมาะสมแล้วจะต้องคำนึงถึงคุณธรรมและธรรมาภิบาล แต่เมื่อพิจารณาจากพฤติการณ์ของจำเลยแล้ว เป็นการกระทำที่ทำลายระบบคุณธรรมและธรรมาภิบาลในระบบราชการ จึงไม่ควรรอการลงโทษ และที่ศาลอุทธรณ์ฯ กำหนดให้จำเลยชดใช้ค่าเสียหาย 1.4 ล้านบาทนั้นเหมาะสมแล้ว ฎีกาของจำเลยฟังไม่ขึ้น

ศาลฎีกาจึงพิพากษาแก้เป็นว่าจำเลยมีความผิดฐานเป็นเจ้าพนักงานปฏิบัติหน้าที่โดยมิชอบฯ ทำให้ผู้อื่นได้รับความเสียหายตามมาตรา 157 ประกอบมาตรา 86 ฐานสนับสนุนเจ้าพนักงานปฏิบัติหน้าที่โดยมิชอบฯ ให้จำคุกรวม 1 ปี 8 เดือน โดยให้ออกหมายคดีถึงที่สุดด้วย

วันที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2560 นาย ชลธิศ สุรัสวดี หลานของเขา ถูกย้ายเป็นที่ปรึกษาพิเศษประจำสำนักนายกรัฐมนตรี[14]