นายวิฑูรย์ เริ่มงานการเมืองโดยเป็นสมาชิกสภาจังหวัดอุบลราชธานี ปี พ.ศ. 2528 และ 2533 จากนั้นจึงได้เข้าสู่งานการเมืองระดับชาติ เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดอุบลราชธานี วิฑูรย์ นามบุตร เป็นกำลังสำคัญของพรรคประชาธิปัตย์ ที่มีเพียงไม่กี่คนในพื้นที่ ภาคอีสาน ปัจจุบัน โดยเป็น 1 ใน 2 ส.ส.ภาคอีสาน พรรคประชาธิปัตย์ ที่สามารถชนะการเลือกตั้งเดือน กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2548 โดยได้เป็น ส.ส.อุบลราชธานี เขต 3 (อีกคนหนึ่งคือ นายอิสสระ สมชัย กรรมการบริหารพรรคประชาธิปัตย์ ส.ส.อุบลราชธานี เขต 8)

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรในประเทศไทย พ.ศ. 2550 นายวิฑูรย์ได้รับการแต่งตั้งเป็น หัวหน้าโซน 4 (ภาคอีสานตอนใต้ 6 จังหวัด) ในคณะกรรมการประสานงาน โซนเลือกตั้งต่างๆ ทั่วประเทศของพรรคประชาธิปัตย์ ที่มีทั้งสิ้น 8 โซน พร้อมกับลงสมัครรับเลือกตั้ง ส.ส.สัดส่วน พรรคประชาธิปัตย์ กลุ่ม 4 ในลำดับที่ 1 และได้รับการเลือกตั้ง

ภายหลังการเลือกตั้ง 23 ธันวาคม พ.ศ. 2550 และมีการจัดตั้งรัฐบาลนายสมัคร สุนทรเวช พรรคประชาธิปัตย์ที่เป็นฝ่ายค้านพรรคเดียวได้ประกาศจัดตั้ง รัฐบาลเงา หรือ ครม.เงา ขึ้น ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2551 และ นายวิฑูรย์ นามบุตร ได้รับเลือกจากที่ประชุมพรรค ให้ทำหน้าที่ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมเงา[3]

ต่อมาพรรคประชาธิปัตย์ ได้เป็นแกนนำในการจัดตั้งรัฐบาล ทำให้นายวิฑูรย์ นามบุตร ได้รับตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการพัฒนาสังคมและความมั่นคงของมนุษย์ [4] และได้ลาออกในเวลาต่อมาเพื่อแสดงความรับผิดชอบกรณีการทุจริตสิ่งของบริจาค

ต่อมาในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 ได้ลงสมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ[5] และได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.อีกสมัย