เข้ารับราชการเป็นอาจารย์ประจำภาควิชาสถาปัตยกรรมศาสตร์ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ตั้งแต่วันที่ 15 มิถุนายน พ.ศ 2524 ปีการศึกษา 2524 และสอนต่อเนื่องมาถึงปัจจุบัน โดยเป็นอาจารย์ผู้มีความรู้ความสามารถ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เมื่อ พ.ศ. 2552-2557 และเป็นอาจารย์พิเศษภาควิชาสถาปัตยกรรมศาสตร์ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ตั้งแต่ พ.ศ. 2557-ปัจจุบัน

รองคณบดีฝ่ายวิชาการ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ระหว่างปี พ.ศ. 2535-2539 และได้รับตำแหน่งหัวหน้าภาควิชาสถาปัตยกรรมศาสตร์ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 2 สมัย ในระหว่างปี พ.ศ. 2539-2547 หลังจากนั้นได้รับตำแหน่งเป็นคณบดี คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ในปี พ.ศ. 2547-2551

ในปี พ.ศ. 2551-2555 ดำรงตำแหน่ง รองอธิการบดี ฝ่ายบริหารระบบกายภาพ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ เป็นที่ปรึกษาอธิการบดี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย พ.ศ. 2555-ปัจจุบัน

ในด้านงานบริหาร ศาสตราจารย์ เลอสม  สถาปิตานนท์  ทำราชการด้วยความรักอย่างเต็มใจ เต็มกำลัง เพื่อให้งานต่างๆ มีประสิทธิภาพ มุ่งสร้างบุคลากรรุ่นใหม่พร้อมไปด้วย เพื่อให้มีโอกาสพัฒนาตน ให้ได้มีโอกาสรับผิดชอบ และมีประสบการณ์ในการร่วมกันทำงานในด้านต่างๆ ให้สำเร็จลุล่วงไปได้อย่างสมบูรณ์ ดีงาม สามารถทยอยขึ้นทดแทนบุคลากรรุ่นที่จะเกษียณอายุราชการ ต่อไป