สุรทินเข้ารับราชการตำรวจหลังจากจบการศึกษาจากโรงเรียนนายร้อยตำรวจ ต่อมาได้ลาออกมาทำงานการเมืองและได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดอุดรธานีสังกัดพรรคความหวังใหม่ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2539 ต่อมา ทางการประเทศลาวจับกุมและคุมขังในเรือนจำโพนต้อง นครเวียงจันทน์ ประเทศลาว ในข้อหาเป็นจารชนของฝ่ายรัฐบาลไทย เพื่อสอดแนมหาข่าวกรองภายในสาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว เมื่อวันที่ 29 มีนาคม พ.ศ. 2543 และได้ออกจากเรือนจำเมื่อเดือนธันวาคม พ.ศ. 2545

ต่อมา พ.ต.ท. สุรทิน ได้ลงสมัครรับเลือกตั้งอีกครั้งในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2550 ได้รับเลือกตั้งในสังกัดพรรคพลังประชาชน และในปี พ.ศ. 2554 ได้รับเลือกตั้งเป็นสมัยที่ 3 ในสังกัดพรรคเพื่อไทย ในปี พ.ศ. 2555 พ.ต.ท. สุรทิน สนับสนุนบุตรสาวสมัครรับเลือกตั้งนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดอุดรธานี แข่งขันกับนายวิเชียร ขาวขำ อดีต ส.ส.พรรคเพื่อไทย[2]

พ.ต.ท. สุรทิน พิมานเมฆินทร์ มีบทบาทเป็นแกนนำในกลุ่มแนวร่วมประชาธิปไตยต่อต้านเผด็จการแห่งชาติ