วัฒนา เมืองสุข เริ่มทำงานเป็นทนายความ ประจำสำนักกฎหมายดิศญุตม์และวัฒนา ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2525 จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2539 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดปราจีนบุรี สังกัดพรรคชาติพัฒนา และปี พ.ศ. 2543 สังกัดพรรคไทยรักไทย จนได้รับตำแหน่งทางการเมือง ดังนี้

• พ.ศ. 2541 - 2542 เลขานุการรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี (พิทักษ์ อินทรวิทยนันท์)
• พ.ศ. 2544 -2545 รองเลขาธิการนายกรัฐมนตรีฝ่ายการเมือง
• พ.ศ. 2545 รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงพาณิชย์
• พ.ศ. 2546 รัฐมนตรีว่าการกระทรวงพาณิชย์
• พ.ศ. 2548 รัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม[3]
• พ.ศ. 2548 รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการพัฒนาสังคมและความมั่นคงของมนุษย์
• พ.ศ. 2554 สมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 22 สังกัดพรรคเพื่อไทย[4]

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 ได้สมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคเพื่อไทย ลำดับที่ 58[5]

• พ.ศ. 2562 ที่ปรึกษาประธานคณะกรรมาธิการ คณะกรรมาธิการการป้องกันและปราบปรามการทุจริตประพฤติมิชอบ (พลตำรวจเอก เสรีพิศุทธ์ เตมียเวส)[6]