สุวพันธุ์ ตันยุวรรธนะ เข้ารับราชการในสังกัดสำนักข่าวกรองแห่งชาติ เคยดำรงตำแหน่งรองผู้อำนวยการ และเป็นผู้อำนวยการสำนักข่าวกรองแห่งชาติ ในปี พ.ศ. 2552[8]อีกทั้งยังเคยเป็นคณะกรรมการในศูนย์อำนวยการแก้ไขสถานการณ์ฉุกเฉิน ในช่วงรัฐบาลนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ และยังคงทำงานต่อเนื่องมาในรัฐบาลนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร และรัฐบาลพลเอกประยุทธ์ จันทรโอชา จนครบกำหนดเกษียณอายุราชการในวันที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2557

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2557 เขาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี ในรัฐบาลของพลเอกประยุทธ์ จันทร์โอชา[9] ซึ่งเป็นการดำรงตำแหน่งควบคู่ทั้งตำแหน่งข้าราชการพลเรือนสามัญ และตำแหน่งทางการเมือง ต่อมาในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2559 เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงยุติธรรม[10]ต่อมาในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2560 เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี[11]อีกครั้งหนึ่งหลังจากเคยดำรงตำแหน่งมาแล้วเมื่อเริ่มตั้งคณะรัฐมนตรีประยุทธ์ 1

ต่อมาในวันอังคารที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2562 นายสุวพันธ์ได้ยื่นหนังสือลาออกจากตำแหน่งรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรีต่อพลเอก ประยุทธ์ จันทร์โอชา นายกรัฐมนตรีเพื่อไปดำรงตำแหน่ง สมาชิกวุฒิสภา โดยให้มีผลในวันรุ่งขึ้นคือในวันพุธที่ 8 พฤษภาคม พ.ศ. 2562