สุวิทย์ เมษินทรีย์ เคยดำรงตำแหน่งกรรมการสถาบันส่งเสริมการบริหารกิจการบ้านเมืองที่ดี และเป็นผู้อำนวยการ SIGA เป็นผู้ช่วยรัฐมนตรีประจำกระทรวงพาณิชย์ และเคยเป็นที่ปรึกษารองนายกรัฐมนตรี (ดร.สมคิด จาตุศรีพิทักษ์)

หลังการรัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2557 สุวิทย์ เมษินทรีย์ ได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภาปฏิรูปแห่งชาติ (สปช.)[3] ต่อมาในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2558 สุวิทย์ เมษินทรีย์ ได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงพานิชย์ ในรัฐบาลของพลเอกประยุทธ์ จันทร์โอชา[4] จากนั้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2559 เขาได้รับแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี[5] ต่อมาในวันที่ 23 พฤศจิกายน พ.ศ. 2560 ได้รับการแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี[6] ต่อมาได้ลาออกจากตำแหน่งในวันที่ 29 มกราคม พ.ศ. 2562[7]

ในรัฐบาลพลเอก ประยุทธ์ จันทร์โอชา เขาได้รับแต่งตั้งเป็นกรรมการศูนย์บริหารสถานการณ์การแพร่ระบาดของโรคติดเชื้อไวรัสโคโรนา 2019 กรรมการในคณะกรรมการบริหารสถานการณ์การแพร่ระบาดของโรคติดเชื้อโคโรนาไวรัส 2019 (โควิด-19) รองประธานสภานโยบายการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรมแห่งชาติ คนที่สอง กรรมการในคณะกรรมการวัคซีนแห่งชาติ [8] กรรมการในคณะกรรมการส่งเสริมการลงทุน[9]รองประธานกรรมการในคณะกรรมการขับเคลื่อนการปฏิรูปเพื่อรองรับการปรับเปลี่ยนตามนโยบาย thailand 4.0 ตามคำสั่งสำนักนายกรัฐมนตรีที่ 194/2560[10] เลขานุการคณะกรรมการบริหารราชการแผ่นดินตามกรอบการปฏิรูปประเทศ ยุทธศาสตร์ชาติ และการสร้างความสามัคคีปรองดอง