• สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดนครศรีธรรมราช ปี พ.ศ. 2531, 2535/2, 2538, 2539, 2544 และ 2548
• รองโฆษกประจำสำนักนายกรัฐมนตรี ปี พ.ศ. 2537-2538[2]
• ประธานคณะกรรมาธิการการยุติธรรมและสิทธิมนุษยชน ปี พ.ศ. 2538-2539
• ประธาน ส.ส. พรรคประชาธิปัตย์
• รองหัวหน้าพรรคประชาธิปัตย์
• รัฐมนตรีเงาว่าการกระทรวงการท่องเที่ยวและกีฬา
• สมาชิกสภาขับเคลื่อนการปฏิรูปประเทศ

ในการจัดตั้งรัฐบาลของพรรคประชาธิปัตย์ ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2551 นายวิทยา แก้วภราดัย ได้รับตำแหน่ง รัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุข [3] ซึ่งต่อมาได้ลาออกจากตำแหน่งเพื่อแสดงความรับผิดชอบกรณีการทุจริตในโครงการไทยเข้มแข็งของกระทรวงสาธารณสุข [4] ไปรับตำแหน่งประธานวิปรัฐบาล

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรในประเทศไทย พ.ศ. 2554 นายวิทยาได้ตัดสินใจจะลงสมัคร ส.ส. ระบบแบ่งเขตในพื้นที่เขต 3 จังหวัดนครศรีธรรมราช และส่งนางสาวปานระพี บุตรสาวคนที่สอง ลงสมัครในระบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 121[5]

เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในพื้นที่จังหวัดนครศรีธรรมราชในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง[6]