Tốt nghiệp kỹ sư tại Trường đại học Bách khoa Hà Nội, ông Hồ Xuân Năng được giữ lại trường và được chuyển tiếp làm Nghiên cứu sinh. Tháng 2 năm 1992, ông bảo vệ thành công luận án Tiến sỹ và tiếp tục là giảng viên của Trường cho đến tháng 2 năm 1993. Sau 3 năm (1993 – 1996) làm công tác nghiên cứu tại Viện Cơ điện nông nghiệp Việt Nam[4], từ tháng 3 năm 1996, ông chuyển sang công tác tại Nhà máy Ô tô Ford Việt Nam – Hải Dương và trở thành Giám đốc sản xuất Nhà máy, đánh dấu giai đoạn mới trong sự nghiệp với vai trò quản lý doanh nghiệp thuộc lĩnh vực Sản xuất công nghiệp. Thời điểm đó, ông là một trong số ít kỹ sư Việt Nam có khả năng vận hành Nhà máy sản xuất Ô tô đẳng cấp thế giới của Tập đoàn Ford Motor Company.[5]

Đầu năm 1999, ông Năng bắt đầu làm việc tại Tổng công ty cổ phần Xuất nhập khẩu và Xây dựng Việt Nam (Vinaconex)[6]

Một trong những dấu mốc quan trọng trong sự nghiệp của ông là năm 2004, khi ông được giao vị trí Giám đốc Nhà máy đá ốp lát cao cấp Vinaconex (nay là Công ty cổ phần VICOSTONE) trong bối cảnh Nhà máy đang gặp khó khăn và có nguy cơ phá sản. Trên cương vị Chủ tịch Hội Đồng Quản Trị kiêm Tổng giám đốc Công ty VICOSTONE, ông đã dẫn dắt 4 lần tái cấu trúc chiến lược, đưa VICOSTONE trở thành thương hiệu lớn, hiện diện tại hơn 40 quốc gia và vùng lãnh thổ.[7] VICOSTONE cũng là doanh nghiệp đưa tên tuổi ông Hồ Xuân Năng trở thành người giàu TOP 10 trên thị trường chứng khoán với khối tài sản hàng chục nghìn tỷ đồng.[8]

Từ tháng 08 năm 2015 đến nay, ông là Chủ tịch Hội Đồng Quản Trị Tập đoàn PHENIKAA.[9] Tập đoàn Phenikaa của ông Hồ Xuân Năng hiện sở hữu hệ sinh thái với hơn 20 đơn vị thành viên hoạt động trong các lĩnh vực chính, gồm: công nghệ, công nghiệp, nghiên cứu khoa học, giáo dục và đào tạo. Chiều ngày 26/3/2021, Tập đoàn Phenikaa đã ra mắt xe tự hành thông minh cấp độ 4 "Made-in-Vietnam".[10]

Năm 2007, ông Năng thành lập Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới (Trung tâm R&D). Sau khi mua lại Đại học Thành Tây (sau đổi tên thành Đại học PHENIKAA)[11], ông Năng trở thành Chủ tịch Đại học PHENIKAA[12] - mà ông kỳ vọng sẽ trở thành đại học nghiên cứu với xuất phát điểm gần như là trường dạy nghề không mấy tên tuổi [13] - và Viện trưởng Viện Nghiên cứu Công nghệ PHENIKAA (PRATI) – Viện nghiên cứu trực thuộc Tập đoàn, chuyên về nghiên cứu khoa học ứng dụng vảo năm 2018.[14] Nhận xét về công tác R&D tại Phenikaa, GS. TSKH Trần Vĩnh Diệu (Đại học Bách khoa Hà Nội), một nhà nghiên cứu giàu kinh nghiệm về composite và polymer – những vật liệu quan trọng trong ngành đá nhân tạo, cho rằng: "Tại Phenikaa, ngay từ đầu ông Hồ Xuân Năng (Chủ tịch HĐQT công ty) đã nhận ra giá trị của R&D và coi đó là vấn đề sống còn".[15]

Năm 2018, ông Năng ký thỏa thuận để Tập đoàn PHENIKAA chính thức tài trợ Giải thưởng Tạ Quang Bửu cho giai đoạn 2019-2021, tôn vinh các nhà khoa học có thành tựu nổi bật trong nghiên cứu cơ bản thuộc các lĩnh vực khoa học tự nhiên và kỹ thuật.[16] Ông thấu hiểu rằng nghiên cứu cơ bản cần tầm nhìn xa và sự hy sinh, đồng thời cần có động lực thúc đẩy. Ông quan niệm doanh nghiệp nên tham gia đầu tư cho nghiên cứu cơ bản và ứng dụng để hỗ trợ, thu hút, khuyến khích đam mê và hiện thực hoá các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam tài năng và đầy tâm huyết. Ông hy vọng, bằng sự cộng hưởng từ doanh nghiệp, các nhà khoa học có cơ hội được cống hiến hết mình với những đề tài nghiên cứu sáng tạo và đột phá trong tương lai. Đó cũng chính là một cách thể hiện trách nhiệm xã hội. Thẳm sâu trong con người ông Hồ Xuân Năng, người được thị trường biết tới trong vai trò doanh nhân, lại là những khát vọng và trăn trở của một nhà khoa học.[17]

Năm 2019, ông Năng là Chủ tịch Quỹ Đổi mới sáng tạo Phenikaa, với quy mô 1000 tỷ đồng,[18] tài trợ đầu tư vào lĩnh vực giáo dục và phát triển khoa học công nghệ với mục đích không vì lợi nhuận.[19]