พลเอก วัฒนชัย รับราชการทหารสังกัดกองทัพบก เคยดำรงตำแหน่งแม่ทัพภาคที่ 1 และเป็นผู้บัญชาการทหารสูงสุด ต่อมาได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกวุฒิสภา ในระหว่างปี พ.ศ. 2537 - พ.ศ. 2539 จากนั้นในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2539 จึงได้ลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดกาญจนบุรี สังกัดพรรคประชาธิปัตย์ และได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.สมัยแรกด้วย

ต่อมาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงกลาโหม ในรัฐบาลของนายชวน หลีกภัย ซึ่งในครั้งนั้นนายชวน ได้ดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหมด้วย[2]