นายวิทยาเข้าสู่วงการการเมืองด้วยการเป็นสมาชิกสภาจังหวัด ใน พ.ศ. 2543 ก่อนที่จะได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรครั้งแรกใน พ.ศ. 2548 สังกัดพรรคชาติไทย ซึ่งได้รับเลือกตั้งรวม 2 ครั้ง

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

นายวิทยา บุตรดีวงค์ ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรทั้งหมด 2 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 จังหวัดมุกดาหาร สังกัดพรรคชาติไทย
2. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 จังหวัดมุกดาหาร สังกัดพรรคเพื่อแผ่นดิน