สรวงศ์ เทียนทอง ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดสระแก้วครั้งแรก ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 สังกัดพรรคไทยรักไทย ต่อมาในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมัยที่สอง ในสังกัดพรรคประชาราช ซึ่งมีนายเสนาะ เทียนทอง บิดา เป็นหัวหน้าพรรค และในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมัยที่สาม ในสังกัดพรรคเพื่อไทย

สรวงศ์ เทียนทอง ได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสาธารณสุข ในรัฐบาลนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร[1] เมื่อปลายเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2556 แทนนายแพทย์ชลน่าน ศรีแก้ว

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2557 ได้รับมอบหมายจากคณะรัฐมนตรีให้ปฏิบัติหน้าที่รักษาราชการแทนรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร แทนนาวาอากาศเอก อนุดิษฐ์ นาครทรรพ ซึ่งพ้นจากตำแหน่งในระหว่างรักษาการ ตามคำวินิจฉัยของศาลรัฐธรรมนูญ