สุรพงษ์ สืบวงศ์ลี เคยรับราชการเป็นอาจารย์ประจำคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เคยได้รับแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยคณบดี คณะแพทยศาสตร์ โรงพยาบาลรามาธิบดี มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นผู้อำนวยการโรงเรียนการบริหารโรงพยาบาล คณะแพทยศาสตร์ โรงพยาบาลรามาธิบดี มหาวิทยาลัยมหิดล

ในปี พ.ศ. 2544 ได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสาธารณสุขในรัฐบาล พ.ต.ท.ดร.ทักษิณ ชินวัตร ต่อมาในปี พ.ศ. 2545 ถูกปรับมารับตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร และเป็นโฆษกประจำสำนักนายกรัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2548

ในปี พ.ศ. 2551 ได้รับแต่งตั้งเป็นรองนายกรัฐมนตรี และรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลัง ต่อมาในเดือนธันวาคมของปีเดียวกัน ถูกศาลรัฐธรรมนูญวินิจฉันตัดสิทธิ์ทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคพลังประชาชน[2]