- Từ tháng 01 năm 1987 đến tháng 7 năm 1996: Ông là cán bộ giảng dạy tại Trường Đại học Tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh. Ông gia nhập Đảng Cộng sản Việt Nam vào ngày 20 tháng 9 năm 1990.

- Từ tháng 7 năm 1996 đến tháng 11 năm 1996: Ông là Phó Trưởng phòng Tổ chức Hành chánh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh;

- Từ tháng 11 năm 1996 đến tháng 8 năm 2001: Ông là Trưởng phòng Tổ chức Hành chính Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh;

- Từ tháng 8 năm 2001 đến tháng 5 năm 2004: Ông là Chánh Văn phòng Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Đảng ủy viên cơ quan Văn phòng Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh;

- Từ tháng 5 năm 2004 đến tháng 10 năm 2015: Ông là Phó Giám đốc Thường trực Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Phó Bí thư Đảng ủy Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Bí thư Đảng ủy cơ quan Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

- Từ tháng 10 năm 2015 đến tháng 10 năm 2016: Ông là Thành ủy viên Thành phố Hồ Chí Minh, Bí thư Đảng ủy, Phó Giám đốc Thường trực Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

Ông Huỳnh Thành Đạt được Ủy ban Mặt trận Tổ quốc Việt Nam thành phố Hồ Chí Minh giới thiệu ra ứng cử Đại biểu Quốc hội khóa XIII, đơn vị bầu cử số 4: Quận 5, quận 10, quận 11.

- Tại Đại hội Đại biểu toàn quốc Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ XII, ông được bầu làm Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khoá XII.[4]

- Từ tháng 10 năm 2016 đến nay: Ông là Ủy viên Trung ương Đảng khóa XII, Thành ủy viên, Bí thư Đảng ủy, Phó Giám đốc Thường trực Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

- Ngày 6 tháng 1 năm 2017, Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc đã ký quyết định bổ nhiệm ông Huỳnh Thành Đạt, Ủy viên Trung ương Đảng, Phó Giám đốc thường trực Đại học Quốc gia TP.HCM giữ chức vụ Giám đốc Đại học Quốc gia TP.HCM.[5]