Tháng 10, 1976 – tháng 10 năm 1982: học trường đại học Y Hà Nội.

Tháng 11,1982 – tháng 10 năm 1985: bác sĩ nội trú, phụ trợ lý giảng dạy ở Đại học Y Hà Nội.

Tháng 11, 1985 – tháng 12 năm 1986: cán bộ giảng dạy Bộ môn Vệ sinh dịch tễ ở Đại học Y Hà Nội.

Tháng 1, 1987 – tháng 5 năm 1993: nghiên cứu viên phòng dịch tễ, viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh.

Năm 1990 – 1995: nghiên cứu sinh tại Đại học Y dược thành phố Hồ Chí Minh.

Năm 1993 – 1994: nghiên cứu sinh chuyên sâu (D.E.A), tương đương cao học tại đại học Bordeaux (Pháp).

Tháng 6, 1993 – tháng 11 năm 1998: phó phòng Kế hoạch tổng hợp Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh. Ủy viên hội đồng khoa học. Tiến sĩ (1995)

Tháng 12, 1998 – tháng 12 năm 2001: phó viện trưởng viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, ủy viên ban chấp hành Đảng ủy viện. Phó Chủ nhiệm Bộ môn vi sinh cộng đồng Đại học Y dược thành phố Hồ Chí Minh.

Năm 2000 – 2002: học lớp chính trị cao cấp tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh.

Tháng 1, 2002 – tháng 1 năm 2007: phó giáo sư (năm 2002); Viện trưởng Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, ủy viên ban chấp hành Đảng ủy viện, ủy viên ban chấp hành Đảng bộ khối cơ sở Bộ Y tế. Trưởng ban điều hành chương trình mục tiêu Quốc gia khu vực phía Nam về Phòng chống sốt xuất huyết; Tiêm chủng mở rộng, phòng chống HIV/AIDS; Phòng chống dịch đường hô hấp cấp do Virus. Trưởng ban tư vấn kỹ thuật phòng chống dịch phía Nam. Chủ nhiệm Bộ môn vi sinh cộng đồng Đại học Y dược thành phố Hồ Chí Minh.

Ngày 25 tháng 4 năm 2006 – 19 tháng 01 năm 2011: ủy viên dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khóa X.

Tháng 2 năm 2007 – 03 tháng 8 năm 2011: Thứ trưởng Bộ Y tế, đại biểu quốc hội khóa XII.

Tháng 5 năm 2010 – 03 tháng 8 năm 2011: Bí thư Đảng ủy Cơ quan Bộ y tế, Thứ trưởng Bộ Y tế.

Ngày 19 tháng 01 năm 2011 – 26 tháng 1 năm 2016: ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khóa XI.

Ngày 22 tháng 5 năm 2011 – 22 tháng 5 năm 2016: đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa XIII.

Ngày 26 tháng 1 năm 2016, Tại Đại hội Toàn quốc Đảng Cộng sản Việt Nam lần XII bà không được bầu lại vào Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XII, mặc dù bà là ứng cử viên được BCH Trung ương khoá XI đề cử chính thức.

Ngày 3/8/2011 - 14/10/2019: Bí thư Ban cán sự Đảng Bộ y tế.

Ngày 3/8/2011 - 22/11/2019: Bộ trưởng Bộ Y tế Việt Nam

Ngày 4 tháng 07 năm 2019, bà được trao Quyết định số 1296-QĐNS/TW ngày 21/6/2019 của Bộ Chính trị Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khoá 12 về việc bổ nhiệm giữ chức vụ Trưởng Ban Bảo vệ, chăm sóc sức khoẻ cán bộ Trung ương.

Từ 15/10/2019, bà thôi giữ chức vụ Bí thư Ban cán sự Đảng Bộ y tế.

Ngày 22 tháng 11 năm 2019, Quốc hội Việt Nam khóa 14 chính thức phê chuẩn miễn nhiệm chức vụ Bộ trưởng Bộ Y tế đối với bà Nguyễn Thị Kim Tiến. Kết quả biểu quyết để chính thức thông qua nghị quyết về việc miễn nhiệm Bộ trưởng Bộ Y tế: 424 phiếu tán thành, 30 phiếu không tán thành. Kết quả biểu quyết thông qua Nghị quyết phê chuẩn đề nghị của Thủ tướng về việc miễn nhiệm Bộ trưởng Bộ Y tế: tổng số đại biểu có mặt tham gia bỏ phiếu: 431, số phiếu tán thành: 395, số phiếu không tán thành: 29, số đại biểu không biểu quyết là 7 người.[10] Tổng số đại biểu Quốc hội tại thời điểm bỏ phiếu là 483 người.