สมชาย สุนทรวัฒน์ เริ่มทำงานการเมืองในปี พ.ศ. 2520 ในตำแหน่งนายกเทศมนตรีตำบลหนองแค จังหวัดสระบุรี และเป็นประธานหอการค้าจังหวัดสระบุรี ในปี พ.ศ. 2527-2530 เป็นนายกสันนิบาตแห่งประเทศไทย ในระหว่างปี พ.ศ. 2528 - 2529[4]

สมชาย สุนทรวัฒน์ เข้าสู่งานการเมืองระดับประเทศโดยการลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดสระบุรี ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2535 และได้รับการเลือกตั้งเรื่อยมา จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2540 สมชาย สุนทรวัฒน์ ได้รับตำแหน่งรัฐมนตรีเป็นครั้งแรก คือ รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ต่อมาในปี พ.ศ. 2544 จึงได้เข้าร่วมกิจกรรมทางการเมืองกับ พันตำรวจโททักษิณ ชินวัตร โดยร่วมเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งพรรคไทยรักไทย และเป็นที่ปรึกษานายกรัฐมนตรี ในปีเดียวกัน

จากนั้นในปี พ.ศ. 2547 สมชาย สุนทรวัฒน์ จึงได้รับการแต่งตั้งเป็นรองหัวหน้าพรรคไทยรักไทย และเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงมหาดไทย ในปี พ.ศ. 2548[5] ต่อมาในปี พ.ศ. 2550 ได้ถูกตัดสิทธิทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคไทยรักไทยซึ่งถูกยุบในคดียุบพรรคการเมือง พ.ศ. 2549[6]