อดีตเป็นสมาชิกสภาจังหวัดนครสวรรค์ ลงเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรครั้งแรกในปี พ.ศ. 2544 สังกัดพรรคไทยรักไทย และได้รับเลือกต่อกันมาอีก 3 ครั้ง โดยไม่เคยสอบตก และเข้าได้รับแต่งตั้งเป็นประธานคณะกรรมาธิการความมั่นคงแห่งรัฐ สภาผู้แทนราษฎรไทย ชุดที่ 24 แทนนายการุณ โหสกุล

เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในพื้นที่จังหวัดนครสวรรค์ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

สัญชัย วงษ์สุนทร ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 4 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 จังหวัดนครสวรรค์ สังกัดพรรคไทยรักไทย
2. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 จังหวัดนครสวรรค์ สังกัดพรรคไทยรักไทย
3. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 จังหวัดนครสวรรค์ สังกัดพรรคพลังประชาชน
4. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 จังหวัดนครสวรรค์ สังกัดพรรคเพื่อไทย