Tháng 4/1984 – 2/2001: Công tác tại Nhà máy Xi măng Phú Thịnh, tỉnh Hoàng Liên Sơn (nay là Công ty cổ phần Xi măng và Khoáng sản Yên Bái), lên đến chức Giám đốc Nhà máy Xi măng Yên Bái.
Tháng 2/2001 – 3/2003: Ủy viên Ban chấp hành Đảng bộ tỉnh, Giám đốc Nhà máy Xi măng Yên Bái.
Tháng 3/2003 – 9/2005: Ủy viên Ban chấp hành Đảng bộ tỉnh, Bí thư Huyện ủy Yên Bình.
Tháng 9/2005 – 3/2008: Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Giám đốc Sở Kế hoạch và Đầu tư tỉnh Yên Bái.
Tháng 3/2008 – 6/2011: Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Phó chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh, Phó bí thư Tỉnh ủy Yên Bái (khóa XVII).
Tháng 6/2011 – 2/2015: Phó bí thư Tỉnh ủy, Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Yên Bái.
Tháng 2/2015 – 9/2015: Bí thư Tỉnh ủy Yên Bái nhiệm kỳ 2010 – 2015.
Ngày 30/9/2015: Tại Đại hội Đảng bộ tỉnh Yên Bái lần thứ XVIII, nhiệm kỳ 2015 – 2020, Hội nghị lần thứ nhất Ban chấp hành Đảng bộ tỉnh khóa XVIII đã bầu ông Phạm Duy Cường giữ chức Bí thư Tỉnh ủy Yên Bái.
