มหิดล จันทรางกูร รับราชการในสังกัดกระทรวงคมนาคม มีประสานการณ์ในการทำงานด้านการสื่อสารโทรคมนาคม เคยดำรงตำแหน่งอธิบดีกรมไปรษณีย์โทรเลข กระทรวงคมนาคม เป็นกรรมการการสื่อสารแห่งประเทศไทย (กสท.)[4] และได้รับแต่งตั้งเป็นปลัดกระทรวงคมนาคม ในปี 2534 ถึงปี 2542 และได้รับการแต่งตั้งเป็นสมาชิกวุฒิสภาแบบแต่งตั้ง ในปี 2535[5] และในปี 2539[6] รวม 2 สมัย

มหิดล ได้รับแต่งตั้งเป็นประธานกรรมการบริษัท การบินไทย จำกัด ในปี 2539 ถึงปี 2543 และเคยเป็นกรรมการธนาคารเอเชีย

มหิดล ลงสมัครรับเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 ในสังกัดพรรคประชาธิปัตย์ แบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 14 และได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.สมัยแรก ต่อมาได้ลาออกจากสมาชิกสภาพ ส.ส. ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2547 ภายหลังจึงได้เข้าร่วมงานการเมืองกับพรรคไทยรักไทย และได้รับแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยรัฐมนตรี ในปี 2548[7]

ปี 2555 เขาได้รับแต่งตั้งเป็นผู้ทรงคุณวุฒิด้านเทคโนโลยีสารสนเทศ ในคณะกรรมการคดีพิเศษ (กคพ.)[8]