อนุชา นาคาศัย เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดชัยนาท สังกัดพรรคไทยรักไทย และต่อมาในปี พ.ศ. 2550 ได้ถูกตัดสิทธิทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคไทยรักไทยซึ่งถูกยุบในคดียุบพรรคการเมือง พ.ศ. 2549[5] อนุชา นาคาศัย ยังเคยให้การสนับสนุนทางการเมืองกับพรรคภูมิใจไทย ซึ่งมีอดีตภรรยาของตนเป็นเลขาธิการพรรคอีกด้วย

ใน พ.ศ. 2561 นายอนุชาได้ย้ายมาร่วมงานกับ พรรคพลังประชารัฐ พร้อมกับรับตำแหน่งกรรมการบริหารพรรค และก้าวขึ้นมาเป็นเลขาธิการพรรคเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2563 ต่อมาในเดือนสิงหาคมของปีเดียวกัน เขาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี