ศาสตราจารย์ ดร.สุชาติ ธาดาธำรงเวช เข้าสู่งานการเมืองโดยการเป็นที่ปรึกษารัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2546 และได้รับตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระรทรวงการคลัง ในรัฐบาลของนายสมัคร สุนทรเวช[2] ตั้งแต่เดือนสิงหาคม พ.ศ. 2551 ต่อมานายสุชาติ ได้เข้ารับตำแหน่งหัวหน้าพรรคเพื่อไทย ซึ่งขณะนั้นยังไม่มีการยุบพรรคพลังประชาชนดังเช่นปัจจุบัน

ใน เดือนกันยายน พ.ศ. 2551 นายสมัคร สุนทรเวช ต้องพ้นจากตำแหน่งนายกรัฐมนตรี เนื่องจากกระทำผิดรัฐธรรมนูญ และได้มีการลงมติเลือกนายกรัฐมนตรีคนใหม่ ซึ่งนายสมชาย วงศ์สวัสดิ์ ได้รับตำแหน่งนายกรัฐมนตรีเป็นคนต่อมา และในรัฐบาลนี้นายสุชาติ ธาดาธำรงเวช ได้รับตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลังด้วยเช่นกัน[3]

ต่อ มาเมื่อมีการยุบพรรคพลังประชาชน ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2551 สมาชิกพรรคพลังประชาชนส่วนหนึ่ง จึงได้ย้ายเข้ามาสังกัดพรรคเพื่อไทย ซึ่งนายสุชาติ ธาดาธำรงเวช เป็นหัวหน้าพรรค

สุชาติได้เดินทางมา เป็นประธานในการเปิด“หมู่บ้านเสื้อแดง เพื่อประชาธิปไตย” ที่บ้านนามั่ง ต.บ้านยวด อ.สร้างคอม ที่จังหวัดอุดรธานี [4] และเคยเข้าร่วมการชุมนุมที่บริเวณสะพานผ่านฟ้าลีลาศ เมื่อปี พ.ศ. 2553[5] พร้อมกล่าวโจมตีรัฐบาลในขณะนั้น

สุชาติ ธาดาธำรงเวช ได้รับโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ ในรัฐบาลของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร (2) เมื่อวันที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2555[6]

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 เขาได้สมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคเพื่อไทย ลำดับที่ 112[7]