อาคม เติมพิทยาไพสิฐ เข้ารับราชการในสังกัดสำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ (สศช.) เคยดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการกองวิเคราะห์และประมาณการเศรษฐกิจ ในระหว่างปี พ.ศ. 2539 ถึงปี พ.ศ. 2542 เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านนโยบายและแผน (เจ้าหน้าที่วิเคราะห์นโยบายและแผน ระดับ 9 ชช.) ในปี พ.ศ. 2542-2543 จากนั้นได้รับแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งผู้ช่วยเลขาธิการ สศช. (2543-2546) และเป็นที่ปรึกษาด้านนโยบายและแผนงาน (2546-2547) กระทั่งในปี พ.ศ. 2547 ได้รับแต่งตั้งเป็นรองเลขาธิการสำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ[7] และได้รับแต่งตั้งเป็นเลขาธิการสำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ในปี พ.ศ. 2553[8][9]

ในปี พ.ศ. 2557 เขาได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ ต่อมาในเดือนสิงหาคมของปีเดียวกัน เขาได้ลาออกจาก สนช.[10] และเข้ารับตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงคมนาคม ในรัฐบาลของพลเอกประยุทธ์ จันทร์โอชา[11] ซึ่งเป็นการดำรงตำแหน่งควบคู่ทั้งตำแหน่งข้าราชการพลเรือนสามัญ และตำแหน่งทางการเมือง ต่อมาในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2558 นายอาคม ได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงคมนาคม[12] แทนพลอากาศเอก ประจิน จั่นตอง ต่อมานายอาคม ได้ยื่นลาออกจากข้าราชการในตำแหน่ง เลขาธิการสำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ เนื่องจากดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงคมนาคมและข้อสั่งการของนายกรัฐมนตรี ให้ข้าราชการประจำที่ดำรงตำแหน่งเป็นรัฐมนตรีเกษียณอายุราชการหรือลาออกจากตำแหน่ง โดยมีผลตั้งแต่วันที่ 1 ตุลาคม 2558 เป็นต้นไป[13]