สุรทิน เริ่มทำงานการเมืองโดยการจัดตั้งพรรคการเมืองขึ้นชื่อว่า "พรรคประชาธิปไตยใหม่" และดำรงตำแหน่งหัวหน้าพรรค เมื่อปี 2554 และลงสมัครรับเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 1 ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 และในครั้งนั้นพรรคได้รับเลือกตั้งอย่างเหนือความคาดหมาย จำนวน 1 ที่นั่ง แต่เขาขาดคุณสมบัติจึงทำให้ไม่ได้รับการรับรองเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

ต่อมาได้ลงสมัครรับเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 1 อีก 2 ครั้ง ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 และในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2566 ซึ่งเขาได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรแบบบัญชีรายชื่อทั้ง 2 ครั้ง

ในปี 2562 เขานำพรรคประชาธิปไตยใหม่เข้าร่วมรัฐบาลกับพรรคพลังประชารัฐ แต่เขาก็แสดงบทบาททางการเมืองในเชิงตรงกันข้ามในบางครั้ง[1][2] และในปี 2566 เขาได้รับการทาบทามจากพรรคก้าวไกลให้เข้าร่วมรัฐบาลแต่เขาปฏิเสธด้วยเห็นว่ามีเสียงสนับสนุนมากพอแล้ว[3]

สุรทิน เคยลาออกจากตำแหน่งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรในปี 2565 เพื่อเปิดทางให้แพงศรี พิจารณ์ ได้เลื่อนมาดำรงตำแหน่งแทน[4]