นพ.สุชัย เจริญรัตนกุล รับราชการเป็นข้าราชการพลเรือนในสถาบันอุดมศึกษา สังกัดคณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล ได้รับโปรดเกล้าฯให้ดำรงตำแหน่งศาตราจารย์มาตั้งแต่ปีพ.ศ 2539 สุชัยเป็นแพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้านโรคปอดชั้นแนวหน้าของประเทศและในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิค ได้รับเชิญเป็นประธานและผู้บรรยาย การสัมมนางานวิจัยโรคปอดนานาชาติ ในที่ประชุมแพทย์ผู้เชี่ยวชาญโรคปอด ภาคพื้นยุโรปและสหรัฐอเมริกามาไม่ต่ากว่า 50 ครั้ง เขียนบทความวิชาการและงานวิจัยด้านโรคระบบการหายใจ ร่วม 100 เรื่องและมีหลายเรื่องนำไปตีพิพิมพ์ในวารสารสำคัญๆของต่างประเทศ อาทิ Thorax, European Journal of Respiratory Diseases และ CHESTเป็นบรรณาธิการและร่วมเขียนตำราภาษาไทยและภาษาอังกฤษประมาณ 10เล่ม /20 บท อาทิ Om P.Sharma,ed.,Textbook of Respiratory Diseases ( New York : Marcel Dekker,1991 ), Peter O. Davies,ed., Textbook of Tuberculosis ( London : Chapman & Hall Medical,1998 ), Peter O.Davies, ed., Case History in Chest Diseases ( London : Chapman & Hall Medical, 1999 )

เคยดำรงตำแหน่งผู้ช่วยผู้อำนวยการโรงพยาบาลศิริราช ในระหว่างปี พ.ศ. 2532 ถึงปี พ.ศ. 2535 และเป็นผู้อำนวยการโรงพยาบาลปอดกรุงเทพ ในระหว่างปี พ.ศ. 2544 ถึงปี พ.ศ. 2547

ต่อมาในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2547 ได้รับโปรดเกล้าฯแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสาธารณสุข ในรัฐบาลของพันตำรวจโท ทักษิณ ชินวัตร และได้รับโปรดเกล้าฯแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการฯ[1] ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2548 ในขณะดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุข ได้เข้าไปแก้ไขภาวะวิกฤตจากการแพร่ระบาดของไข้หวัดนกเป็นผลสำเร็จ โดยกำหนดมาตรการป้องกันและรักษาเชิงรุก เร่งรัดพัฒนาห้อง lab ของโรงพยาบาลในภูมิภาคต่างๆทั่วประเทศให้มีประสิทธิภาพในการชันสูตรโรคด้วยความแม่นยำและรวดเร็ว รวมทั้งได้สั่งการและให้งบประมาณไปยังโรงพยาบาลทุกจังหวัดทั่วประเทศสร้างห้องแยกโรคแรงดันลบ (negative pressure room) อันเป็นโครงสร้างพื้นฐานรองรับการรักษาควบคุมโรคระบาดได้ผลสำเร็จจนถึงปัจจุบัน

ศาสตราจารย์ สุชัย ได้เชิญรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุขของสหรัฐอเมริกา(Mr. Michael Leavitt),ผู้อำนวยการองค์การอนามัยโลก(Dr. Lee Jong - Wook)และรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุขของทุกประเทศในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิคมาร่วมประชุมกำหนดนโยบายในหัวข้อเรื่อง International Partnership on Avian and Pandemic Influenza ที่กรุงเทพฯเมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2548 ทำให้มีการกำหนดนโยบายร่วมกันระหว่างองค์การอนามัยโลก ประเทศไทย และสหรัฐอเมริกาในการป้องกันการแพร่ระบาดของไวรัสไข้หวัดนกในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิคที่เป็นแนวทางปฏิบัติมาจนถึงป้จจุบัน

นพ.สุชัย ได้รับแต่งตั้งเป็น Vice President ในการประชุมสมัชชาองค์การอนามัยโลก สมัยทื่ 58 ณ สำนักงานใหญ่องค์การอนามัยโลก นครเจนีวา เมื่อวันทื่ 14-18 พฤษภาคม 2548 โดยมีรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุขของทุกประเทศทั่วโลก เข้าร่วมประชุมเพื่อกำหนดนโยบายสาธารณสุขนานาชาติ นับเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุขคนแรกของประเทศไทยที่ได้รับตำแหน่งนี้

ต่อมาในวันที่ 31 ตุลาคม พ.ศ. 2548 ได้รับแต่งตั้งเป็นรองนายกรัฐมนตรีอีกตำแหน่งหนึ่ง จนกระทั่งพ้นจากตำแหน่งในเหตุการณ์รัฐประหารยีดอำนาจ เคยรักษาราชการตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ในขณะดำรงตำแหน่งรองนายกรัฐมนตรี

ต่อมาในปี พ.ศ. 2550 ได้ถูกตัดสิทธิทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคไทยรักไทยซึ่งถูกยุบในคดียุบพรรคการเมือง พ.ศ. 2549[2]