นายแพทย์ภูมินทร์ เข้าสู่การเมืองเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดศรีสะเกษ สังกัดพรรคความหวังใหม่ ในการเลือกตั้งเดือนกันยายน พ.ศ. 2535 และการเลือกตั้ง พ.ศ. 2539 ต่อมาในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2544 จึงย้ายมาลงสมัครและได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรในแบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคไทยรักไทย[3]

นายแพทย์ภูมินทร์ ได้รับแต่งตั้งเป็นประจำสำนักนายกรัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2538[4] และรองโฆษกประจำสำนักนายกรัฐมนตรี ในรัฐบาลของนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ เมื่อวันที่ 9 มิถุนายน พ.ศ. 2552 [5] และ ได้ลาออกจากตำแหน่งเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน พ.ศ. 2553 ซึงเป็นเป็นการทำงานครบ 1 ปี ของ นายแพทย์ภูมินทร์[6]

ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 ได้ลงสมัครสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดศรีสะเกษ เขตเลือกตั้งที่ 3 (อำเภอกันทรลักษ์ ยกเว้นตำบลภูเงิน) ในสังกัดพรรคชาติพัฒนาเพื่อแผ่นดิน แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง โดยแพ้ให้กับนางอุดมลักษณ์ เพ็งนรพัฒน์ จากพรรคภูมิใจไทย เพียง 500 คะแนน