Từ 10/1981 - 6/1984: Cán bộ Xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc Tân Dĩnh, Ty Nông nghiệp Hà Bắc (tỉnh cũ).

Từ 7/1984 - 7/1988: Phó Bí thư Chi bộ, Phó Giám đốc Xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc Tân Dĩnh, Ty Nông nghiệp Hà Bắc.

Từ 8/1988 - 10/1994: Đảng ủy viên, Bí thư Chi bộ, Trưởng phòng Kinh tế - Tổng hợp, Sở Nông nghiệp Hà Bắc; Ủy viên BCH Công đoàn thị xã Bắc Giang, Chủ tịch Công đoàn Sở Nông nghiệp Hà Bắc.

Từ 11/1994 - 12/1996: Chi ủy viên Chi bộ - Trưởng phòng Kế hoạch - Tài chính, Sở Địa chính Hà Bắc.

Từ 1/1997 - 12/1999: Bí thư Chi bộ - Phó Giám đốc Sở Địa chính Bắc Ninh.

Từ 01/2000 - 9/2003: Tỉnh ủy viên - Bí thư Chi bộ, Phó Giám đốc Sở Địa chính Bắc Ninh.

Từ 10/2003 - 4/2008: Tỉnh ủy viên - Bí thư Đảng ủy, Giám đốc Sở Tài nguyên và Môi trường Bắc Ninh.

Từ 5/2008 - 10/2008: Tỉnh ủy viên – Bí thư Thành ủy Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh.

Từ 11/2008 - 6/2011: Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy – Bí thư Thành ủy Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh.

Từ 7/2011 - 4/2015: Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy – Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh.

Từ 5/2015 – 6/2016: Phó Bí thư Tỉnh ủy, Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh; Đại biểu Hội đồng nhân dân tỉnh Bắc Ninh khóa XVIII, nhiệm kỳ 2016-2021.[3][4][5]

Ngày 28/6/2016, tại kỳ họp thứ Nhất, Họi đồng nhân dân tỉnh Bắc Ninh khóa XVIII, nhiệm kỳ 2016 – 2021 đã bầu Nguyễn Tử Quỳnh tái cử giữ chức vụ Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh với 51/51 phiếu tán thành (100% đại biểu có mặt).[6]

Tháng 10 năm 2019, ông nghỉ hưu.[7]