พิชัย หรือชูชัย เลิศพงศ์อดิศร ประกอบอาชีพทนายความตั้งแต่ พ.ศ. 2529 เป็นต้นมา เคยเป็นอาจารย์พิเศษคณะนิติศาสตร์ มหาวิทยาลัยพายัพ และป็นที่ปรึกษากฎหมายให้กับสมาคมฌาปนกิจสงเคราะห์ ธกส.เชียงใหม่ ที่ปรึกษากฎหมายสหกรณ์การเกษตรดอยหล่อ เชียงใหม่ ที่ปรึกษากฎหมายนายกสภามหาวิทยาลัยแม่โจ้

พิชัย ลงสมัครรับเลือกตั้งในการเลือกตั้งสมาชิกวุฒิสภาไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2551 หมายเลข 1 ได้รับคะแนน 171,090 คะแนน ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกวุฒิสภาจังหวัดเชียงใหม่ และได้รับตำแหน่งประธานกรรมาธิการแรงงานและสวัสดิการสังคมในวุฒิสภาไทย ชุดที่ 10

ต่อมาการเลือกตั้งนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดเชียงใหม่ พ.ศ. 2563 เขาได้ลงสมัครรับเลือกตั้งโดยการสนับสนุนของพรรคเพื่อไทย และสามารถเอาชนะบุญเลิศ บูรณุปกรณ์ อดีตนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดเชียงใหม่