ภูมิ สาระผล ประกอบอาชีพเป็นทนายความ ก่อนจะเข้าสู่งานการเมืองโดยการเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดขอนแก่น เคยได้รับแต่งตั้งเป็นรองเลขาธิการนายกรัฐมนตรี รองโฆษกประจำสำนักนายกรัฐมนตรี[3]

ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดขอนแก่น เขต 2 สังกัดพรรคเพื่อไทย ต่อมาเมื่อวันที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2554 ได้รับการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงพาณิชย์ ในรัฐบาลของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร[4] แต่จากการสำรวจความพึงพอใจของประชาชน โดยสำนักเอแบคโพล เมื่อเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2555 เขาเป็นรัฐมนตรีที่ประชาชนไม่รู้จัก เป็นลำดับที่ 4[5] จนกระทั่งเขาถูกปรับออกจากตำแหน่งในเวลาต่อมา

การทุจริตจำนำข้าว

ผลจากการดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงพาณิชย์ ทำให้คณะกรรมการป้องกันและปราบปรามการทุจริตแห่งชาติ (ป.ป.ช.) มีมติเป็นเอกฉันท์ชี้มูลความผิดเขา พร้อมกับนายบุญทรง เตริยาภิรมย์ รมว.พาณิชย์ กับพวกรวม 21 ราย เมื่อวันที่ 21 ม.ค. 2558 กรณีการทุจริตต่อหน้าที่ในการระบายข้าวแบบรัฐต่อรัฐ (จีทูจี) ในโครงการรับจำนำข้าว[6]