ปีติพงศ์ เริ่มเข้ารับราชการในตำแหน่งวิทยากร กองศึกษาภาวะเศรษฐกิจ สำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ เมื่อปี พ.ศ. 2514 เคยดำรงตำแหน่งหัวหน้าศูนย์วางแผนภาคเหนือ ในปี พ.ศ. 2516 ถึงปี พ.ศ. 2519 ต่อจากนั้นได้โอนย้ายมาดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการกองจัดการปฏิรูปที่ดิน สำนักงานการปฏิรูปที่ดินเพื่อเกษตรกรรม (สปก.) กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ จนกระทั่งดำรงตำแหน่งเป็นเลขาธิการ สปก. ในปี พ.ศ. 2530 และเป็นผู้ตรวจราชการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในปี พ.ศ. 2533

ในปี พ.ศ. 2535 ได้รับแต่งตั้งเป็นรองปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ จากนั้นในปีเดียวกันได้รับแต่งตั้งเป็นเลขาธิการสำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร กระทั่งในปี พ.ศ. 2539[2] ได้รับแต่งตั้งเป็นรองปลัดกระทรวงอีกครั้ง จนในที่สุดได้รับตำแหน่งปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2541 และถูกย้ายไปเป็นที่ปรึกษานายกรัฐมนตรีฝ่ายข้าราชการประจำ เมื่อวันที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2546 และในปี พ.ศ. 2547 ได้รับแต่งตั้งเป็นปลัดกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม[3]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2549 ได้รับแต่งตั้งเป็นประธานกรรมการสถาบันวิจัยและพัฒนาพื้นที่สูง (องค์การมหาชน)[4] นับเป็นประธานกรรมการคนแรกของสถาบัน ในปี 2550 ได้รับแต่งตั้งเป็นประธานกรรมการบริหารของและสำนักงานพัฒนาเศรษฐกิจจากฐานชีวภาพ (องค์การมหาชน) ต่อมาในปี พ.ศ. 2555 ได้รับแต่งตั้งเป็นประธานกรรมการขององค์การมหาชน คือ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านชีววิทยาศาสตร์ (องค์การมหาชน)[5]

ในปี พ.ศ. 2557 เขาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในรัฐบาลของพลเอกประยุทธ์ จันทร์โอชา[6]

ในวันที่ 6 พฤศจิกายน พ.ศ. 2557 เขาแต่งตั้งกรรมการผู้ทรงคุณวุฒิในคณะกรรมการพันธุ์พืช จำนวน 9 ราย[7]
ในวันที่ 4 ธันวาคม พ.ศ. 2557 เขาแต่งตั้งกรรมการผู้ทรงคุณวุฒิในคณะกรรมการควบคุมยาง จำนวน 7 ราย[8]ในปี พ.ศ. 2560 พลเอก ประยุทธ์ จันทร์โอชา แต่งตั้งเขาเป็น ที่ปรึกษาผู้ทรงคุณวุฒิของคณะกรรมการเตรียมการปฏิรูปประเทศ ตามคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ 8/2560

เขาเป็นประธานกรรมการคณะกรรมการปฏิรูปประเทศด้านสังคม[9]กรรมการผู้ทรงคุณวุฒิในคณะกรรมการพัฒนาและส่งเสริมองค์การมหาชน สมาชิกสภาขับเคลื่อนการปฏิรูปประเทศ ที่ปรึกษาผู้ทรงคุณวุฒิของคณะกรรมการเตรียมการปฏิรูปประเทศ ตามคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ 8/2560 [10] และ กรรมการผู้ทรงคุณวุฒิในคณะกรรมการนโยบายและแผนการบริหารจัดการทรัพยากรทางทะเลและชายฝั่งแห่งชาติ ด้านเศรษฐศาสตร์กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม