เขมชาติ บุณยรัตพันธุ์ ได้ลงสมัครและได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดร้อยเอ็ด ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2480 เป็นสมัยแรก และในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2481 และการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2491

เขมชาติ บุณยรัตพันธุ์ ได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีที่ไม่ได้ประจำกระทรวง ในรัฐบาลจอมพล ป.พิบูลสงคราม (ครม.21) พ.ศ. 2491 ต่อมาในปี พ.ศ. 2492 เป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงยุติธรรม[4] และได้ปรับไปรับตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงยุติธรรม ในรัฐบาลเดิม (ครม.22)[5] และรัฐบาลชุดต่อมา ภายใต้การนำของอมพล ป.พิบูลสงคราม (ครม.23)[6]

เขาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีที่ไม่ได้ประจำกระทรวง ในรัฐบาลจอมพล ป.พิบูลสงคราม อีกสมัย (ครม.24) เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร ประเภทที่ 2 ในสภาผู้แทนราษฎรไทย ชุดที่ 6 และชุดที่ 7 เมื่อปี พ.ศ. 2494[7] ในปีต่อมาเขาได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงการต่างประเทศ

เมื่อปี พ.ศ. 2511 เขาได้ร่วมจัดตั้งพรรคการเมืองกับ นายเลียง ไชยกาล ชื่อ "พรรคประชาชน โดยเขารับตำแหน่งเลขาธิการพรรค[8]