เผดิมชัย สะสมทรัพย์ เป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดนครปฐม ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2531 และได้รับเลือกตั้งอีกหลายสมัยอย่างต่อเนื่อง และได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงคมนาคม ในรัฐบาลของนายชวน หลีกภัย (2) ซึ่งต่อมาในช่วงกลางปี พ.ศ. 2542 ได้ลาออกจากตำแหน่งดังกล่าว

เผดิมชัย สะสมทรัพย์ นอกจากการทำงานการเมืองแล้ว ยังมีอาชีพประกอบธุรกิจส่วนตัวด้วย ซึ่งในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2553 ได้ถูกศาลสั่งให้เป็นบุคคลล้มละลายจากปัญหาหนี้สินทางธุรกิจ[2][3] ต่อมาในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 ศาลล้มละลายกลาง ได้มีคำสั่งยกเลิกการล้มละลายของนายเผดิมชัย[4]

ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2554 นายเผดิมชัย ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดนครปฐม สังกัดพรรคเพื่อไทย และได้รับแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงแรงงาน ในรัฐบาลของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร[5] จนกระทั่งได้รับโปรดเกล้าฯ ให้พ้นจากตำแหน่งในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2556[6]

ต่อมานายเผดิมชัยได้ให้สัมภาษณ์กับรายการ เจาะลึกทั่วไทย Inside Thailand ทางช่อง นาว 26 ว่าตนเองพร้อมกับ นายอนุชา น้องชาย และ อดีต ส.ส. อีก 2 คนได้ย้ายมาสังกัด พรรคชาติไทยพัฒนา โดยจะเปิดตัวในวันศุกร์ที่ 26 ตุลาคม พ.ศ. 2561 ส่วนนายไชยยศอยู่ในช่วงพิจารณาว่าจะสังกัดพรรคใด ทางด้านนายไชยาป่วยด้วยโรคไตต้องฟอกไตทุกสัปดาห์จึงไม่สามารถลงสมัครรับเลือกตั้งได้

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในพื้นที่จังหวัดนครปฐม เขต 5ในนามพรรคชาติไทยพัฒนา แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง ต่อมานางจุมพิตา จันทรขจร ส.ส.นครปฐม พรรคอนาคตใหม่ ลาออกเนื่องจากปัญหาสุขภาพ[7] จึงมีการเลือกตั้งซ่อม โดยนายเผดิมชัย ได้รับเลือกตั้งในครั้งนั้น[8]