สุนทร วิลาวัลย์ เป็นนักการเมืองชาวจังหวัดปราจีนบุรี ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรครั้งแรก ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2526 สังกัดพรรคชาติไทย ต่อมาย้ายไปสังกัดพรรคราษฎร ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2529 จากนั้นจึงย้ายกลับมาสังกัดพรรคชาติไทยตามเดิม จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2539 จึงย้ายมาสังกัดพรรคความหวังใหม่ และได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสาธารณสุข ในรัฐบาลพลเอกชวลิต ยงใจยุทธ[2] จากนั้นในปี พ.ศ. 2544 ได้เข้าร่วมงานกับพรรคไทยรักไทย และสนับสนุนให้นางกนกวรรณ วิลาวัลย์ ศรีจันทร์งาม (บุตรสาว) ลงสมัครรับเลือกตั้งในปี พ.ศ. 2548

ในปี พ.ศ. 2550 เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในนามพรรคมัชฌิมาธิปไตย และได้รับเลือกตั้ง แต่ต่อมาถูกตัดสิทธิ์เลือกตั้ง (ใบแดง) เนื่องจากกระทำความผิดตามพระราชบัญญัติประกอบรัฐธรรมนูญว่าด้วยการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรและการได้มาซึ่งสมาชิกวุฒิสภา พ.ศ. 2550 และเป็นเหตุให้ยุบพรรคมัชฌิมาธิปไตย[3]