อุดม ไกรวัตนุสสรณ์ เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร จังหวัดสมุทรสาคร ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2538, พ.ศ. 2539, พ.ศ. 2544, พ.ศ. 2548 นอกจากนั้นยังเคยได้รับแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยเลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลัง เป็นเลขานุการรัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรี เป็นที่ปรึกษารัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงคมนาคม เป็นเลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ และเลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม[1]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2550 ได้ถูกตัดสิทธิทางการเมืองเป็นเวลา 5 ปี เนื่องจากเป็นกรรมการบริหารพรรคไทยรักไทยซึ่งถูกยุบในคดียุบพรรคการเมือง พ.ศ. 2549[2] ต่อมาในปี พ.ศ. 2555 ได้สมัครเข้าเป็นสมาชิกพรรคเพื่อไทย[3]