พล.ต.ต. สง่า เคยได้รับแต่งตั้งเป็นรองเลขาธิการคณะรัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2509 ในรัฐบาลจอมพลถนอม กิตติขจร[1] เป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ ในปี พ.ศ. 2516[2] และเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดเชียงใหม่[3] (ส.ส.เชียงใหม่) สังกัดพรรครวมไทย ในการเลือกตั้งเมื่อปี พ.ศ. 2522 และได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงการต่างประเทศ ในรัฐบาลจอมพลถนอม กิตติขจร เมื่อวันที่ 25 มิถุนายน พ.ศ. 2513 แทนนายจิตติ สุจริตกุล ที่ถึงแก่อนิจกรรม[4]

ต่อมาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในรัฐบาลพลเอก เกรียงศักดิ์ ชมะนันทน์ [5]

แม้จะเป็นน้องชายของจอมพลถนอม กิตตขจร แต่พล.ต.ต.สง่า กลับมีจุดยืนทางการเมืองตรงกันข้ามกับพี่ชายตนเอง โดยหลังการเลือกตั้งเมื่อปี พ.ศ. 2512 ที่ทางพรรคสหประชาไทยของจอมพลถนอมได้รับเสียงข้างมาก และได้รับการจัดตั้งรัฐบาล นายชวน หลีกภัย ซึ่งในขณะนั้นเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรครั้งแรกจากจังหวัดตรัง (ส.ส.ตรัง) ของพรรคประชาธิปัตย์ ที่เป็นฝ่ายค้าน ได้ทำการอภิปรายรัฐบาลอย่างโดดเด่น แม้จะมีเนื้อหาที่เชือดเฉือนการทำงานของรัฐบาล แต่ พล.ต.ต.สง่า ซึ่งเป็นกรรมการบริหารพรรคสหประชาไทยกลับเอ่ยชมว่า "เป็นความหวังของสภาฯ และเป็นบุคคลที่พรรคสหประชาไทยต้องการตัว" [6]

อีกทั้งก่อนเกิดเหตุการณ์ 14 ตุลาคม พ.ศ. 2516 ไม่นาน พล.ต.ต.สง่าได้แสดงความเห็น ขณะที่อยู่ที่บ้านพักในจังหวัดลำปางว่า รัฐบาลควรจะฟังเสียงของประชาชนและควรจะให้มีรัฐธรรมนูญตามที่ประชาชนเรียกร้อง อีกทั้งยังได้เป็นผู้ร่วมลงชื่อเรียกร้องรัฐธรรมนูญที่มีจำนวน 100 คนอีกด้วย และยังกล่าวชม นายธีรยุทธ บุญมี ซึ่งเป็นนักศึกษาคนหนึ่งที่เป็นแกนนำในการเรียกร้องว่า เป็นเด็กเก่ง สามารถสอบเป็นที่หนึ่งของประเทศได้ ทั้ง ๆ ที่พ่อเป็นเพียงนายตำรวจชั้นประทวน[7]