สมชัย เข้าทำงานการเมืองโดยการลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดนครราชสีมา ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 สังกัดพรรคชาติพัฒนา ได้รับเลือกเป็น ส.ส.สมัยแรก ต่อมาย้ายมาสังกัดพรรคไทยรักไทย และลงสมัครรับเลือกตั้ง ส.ส.แบบบัญชีรายชื่อ ได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.สมัยที่ 2 เมื่อพรรคไทยรักไทยถูกยุบ เขาจึงย้ายไปสังกัดพรรครวมใจไทยชาติพัฒนา และลงสมัครรับเลือกตั้ง ได้รับเลือกเป็น ส.ส.สมัยที่ 3 ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 ซึ่งในปี 2551 เขาเป็น 1 ใน 3 ส.ส.ที่งดออกเสียงในการลงมติเลือกนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะเป็นนายกรัฐมนตรี

สมชัย เคยดำรงตำแหน่งรองเลขาธิการนายกรัฐมนตรีประจำนายสุวัจน์ ลิปตพัลลภ รองนายกรัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2548

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในนามพรรคชาติพัฒนาเพื่อแผ่นดิน แต่แพ้ให้กับสุชาติ ภิญโญ จากพรรคเพื่อไทย และในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2562 เขาลงสมัครรับเลือกตั้ง ส.ส.แบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคภูมิใจไทย ลำดับที่ 41[4] แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง

นอกจากงานการเมืองแล้ว สมชัย ยังดำรงตำแหน่งประธานสมาพันธ์สมาคมภาพยนตร์แห่งชาติ ตั้งแต่ปี 2561 เป็นต้นมา เป็นเจ้าของโรงภาพยนตร์ไฟว์สตาร์[5] และเป็นเจ้าของโรงแรมปัญจดารา จังหวัดนครราชสีมา[6]