หลังสำเร็จการศึกษาสอบเข้าเป็นผู้ช่วยผู้พิพากษาได้เมื่อวันที่ 25 พ.ค.2513 โดยระหว่างรับราชการได้เริ่มต้นเป็นผู้พิพากษาประจำศาลจังหวัดภูเขียว (ชัยภูมิ) เมื่อวันที่ 26 พ.ค.2514 และได้เป็นผู้พิพากษาประจำจังหวัดนครราชสีมา เมื่อปี 2515 และได้เข้ามาเป็นผู้พิพากษาศาลฎีกา เมื่อวันที่ 1 เม.ย.2517 โดยระหว่างปฏิบัติหน้าที่ได้รับความก้าวหน้าในหน้าที่การงานมาโดยตลอด ซึ่งเมื่อวันที่ 22 ธ.ค.2520 ได้เป็นผู้ช่วยเลขานุการ รมว.ยุติธรรม และเมื่อวันที่ 2 ต.ค.2529 ได้ดำรงตำแหน่งเป็นเลขานุการศาลฎีกา กระทั่งปี 2530 ได้เป็นเลขาธิการส่งเสริมงานตุลาการ ซึ่งเป็นงานด้านบริหาร จากนั้นเมื่อเดือน ต.ค.ปี 2535 ก็ได้กลับไปดำรงตำแหน่งเป็นรองอธิบดีผู้พิพากษาศาลแพ่ง และเป็นอธิบดีผู้พิพากษาศาลอาญาธนบุรี ปี 2542 และในเดือน ต.ค.ปีเดียวกัน ได้เป็นอธิบดีผู้พิพากษาศาลแพ่ง กระทั่งเมื่อวันที่ 1 ต.ค.2544 ได้ขึ้นเป็นประธานศาลอุทธรณ์ ซึ่งขณะนั้นเป็นตำแหน่งสำคัญที่จะได้ถูกเสนอชื่อเป็นประธานศาลฎีกาได้ โดยเมื่อวันที่ 1 ต.ค.2545 จึงได้ขึ้นดำรงตำแหน่งเป็นประธานศาลฎีกา ประมุขศาลยุติธรรม คนที่ 34 โดย นายอรรถนิติ ดำรงตำแหน่งเป็นประธานศาลฎีกานานถึง 2 ปี โดยเกษียณราชการเมื่ออายุครบ 60 ปี ในวันที่ 30 ก.ย.2547

และแม้นว่าจะเกษียณราชการแล้ว นายอรรถนิติ ยังคงปฏิบัติงานด้านกฎหมาย เป็นศาสตราจารย์พิเศษ ประจำคณะนิติศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย[2] และปัจจุบันเป็นประธานสมาคมกฎหมายอาเซียน ตลอดระยะเวลาการปฏิบัติหน้าที่ นายอรรถนิติ ได้รับพระราชทานเครื่องอิสริยาภรณ์หลายลำดับชั้น รวม 10 ลำดับ โดยก่อนเกษียณราชการได้รับเครื่องราชอิสริยาภรณ์ชั้นตติยจุลจอมเกล้าวิเศษ เมื่อวันที่ 5 พ.ย.2547 นอกจากนั้น ยังได้รับพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งให้เป็นกรรมการกฤษฎีกา ตั้งแต่ พ.ศ. 2543

นายอรรถนิติได้รับพระบรมราชโองการโปรดเกล้า ฯ ให้ดำรงตำแหน่งองคมนตรี เมื่อวันที่ 16 สิงหาคม พ.ศ. 2550[3]