Từ tháng 10 năm 1989 đến tháng 10 năm 1992, Dương Văn Thái là cán bộ Phòng Văn hóa thông tin - Thể dục thể thao thị xã Bắc Giang.[1][2][3]

Từ tháng 10 năm 1992 đến tháng 10 năm 1998, ông là Cán bộ, Phó Chi Cục trưởng Chi Cục Thuế thị xã Bắc Giang.[3]

Ngày 4 tháng 12 năm 1995, Dương Văn Thái gia nhập đảng Đảng Cộng sản Việt Nam, sau đó tham gia học tập và có bằng cao cấp lí luận chính trị của đảng này.[2][3]

Dương Văn Thái đã đảm nhận nhiều chức vụ khác nhau trong bộ máy chính quyền tỉnh Bắc Giang.

Từ tháng 11 năm 1998 đến tháng 10 năm 2001, ông là Phó Trưởng phòng Quản lý thuế doanh nghiệp ngoài quốc doanh, Cục Thuế Tỉnh Bắc Giang.[3]

Từ tháng 11 năm 2001 đến tháng 2 năm 2006, ông là Phó Chi Cục trưởng, Chi Cục trưởng Chi Cục Thuế thành phố Bắc Giang.[3]

Từ tháng 2 năm 2006 đến tháng 9 năm 2010, ông giữ chức vụ Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Giang.[3]

Từ tháng 10 năm 2010 đến tháng 4 năm 2014, ông là Tỉnh ủy viên Tỉnh ủy Bắc Giang, Phó Bí thư Thành uỷ thành phố Bắc Giang, Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Giang.[3]

Từ tháng 5 năm 2014 đến tháng 4 năm 2015, ông là Tỉnh ủy viên, Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang.[3]

Từ tháng 5 năm 2015 đến tháng 10 năm 2019, Dương Văn Thái là Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang.[1][2]

Từ tháng 5 năm 2014 đến tháng 10 năm 2019, ông đảm nhiệm chức vụ Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang, Ủy viên Ban thường vụ Tỉnh ủy Bắc Giang.[1][2]

Ngày 26 tháng 10 năm 2019, Dương Văn Thái được Ban Chấp hành Đảng bộ tỉnh Bắc Giang bầu giữ chức vụ Phó Bí thư Tỉnh ủy Bắc Giang.[2][3]

Chiều ngày 31 tháng 10 năm 2019, 79/79 đại biểu dự Kì họp thứ 8 Hội đồng nhân dân tỉnh Bắc Giang đã bầu ông giữ chức vụ Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang thay ông Nguyễn Văn Linh nghỉ hưu.[1]

Chiều 14 tháng 10 năm 2020, tại Hội nghị lần thứ nhất Ban Chấp hành Đảng bộ tỉnh Bắc Giang khóa XIX, ông Dương Văn Thái - Phó Bí thư Tỉnh ủy, Chủ tịch UBND tỉnh đã được bầu giữ chức vụ Bí thư Tỉnh ủy khóa XIX, nhiệm kỳ 2020-2025 với số phiếu tín nhiệm tuyệt đối.

Tối 30/01, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng đã nghe Ban Kiểm phiếu báo cáo kết quả bầu cử và công bố danh sách các đồng chí trúng cử vào Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XIII, theo đó ông Dương Văn Thái đã lần đầu trúng cử là Ủy viên Trung ương Đảng khóa XIII