Trước khi trở thành Phó Thủ tướng

Ông từng giữ các chức vụ ở Bộ Tài nguyên và Môi trường: Cục trưởng Cục Bảo vệ Môi trường, Phó Tổng cục trưởng, phụ trách Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường. Ngày 10 tháng 7 năm 2008, Thủ tướng đã quyết định bổ nhiệm ông Trần Hồng Hà làm Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Ngày 2 tháng 2 năm 2009, ông được Ban bí thư Trung ương điều động luân chuyển về công tác tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu; tham gia Ban Chấp hành Đảng bộ tỉnh, Ban Thường vụ Tỉnh ủy và giữ chức Phó Bí thư Tỉnh ủy Bà Rịa – Vũng Tàu, nhiệm kỳ 2005-2010, phụ trách công tác xây dựng tổ chức cơ sở Đảng.

Ngày 09/7/2010, ông được điều động trở lại Bộ Tài nguyên và Môi trường và được bổ nhiệm tham gia Ban Cán sự Đảng, giữ chức Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Tại Đại hội đại biểu toàn quốc Đảng CSVN lần thứ XI tháng 1/2011, ông được bầu là Ủy viên Dự khuyết Ban chấp hành Trung ương ĐCSVN khóa XI.

Tại Đại hội đại biểu toàn quốc Đảng CSVN lần thứ XII tháng 1/2016, ông trúng cử Ủy viên Ban chấp hành Trung ương ĐCSVN khóa XII.

Ngày 9 tháng 4 năm 2016, ông được Quốc hội Khóa XIII, kỳ họp cuối cùng bầu và phê chuẩn giữ chức vụ Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, với 85,02% số phiếu.[11]

Ngày 27 tháng 7 năm 2016: Tại kỳ họp thứ 1, Quốc hội khóa XIV, được Quốc hội phê chuẩn, Chủ tịch nước bổ nhiệm giữ chức Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Ngày 30 tháng 1 năm 2021, Tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng, đồng chí được bầu là Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khoá XIII, nhiệm kỳ 2021-2026.

Ngày 28 tháng 7 năm 2021, tại kỳ họp thứ nhất ông được Quốc hội Việt Nam khóa XV bầu làm Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường nhiệm kỳ 2021 - 2026 theo đề nghị của Thủ tướng Phạm Minh Chính.

Ngày 08 tháng 8 năm 2022, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính ký Quyết định số 994/QĐ-TTg, thành lập Hội đồng thẩm định Quy hoạch điều tra cơ bản địa chất về khoáng sản thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050. Phó Chủ tịch Thường trực Hội đồng thẩm định là ông Trần Hồng Hà.

Phó Thủ tướng Chính phủ

Ngày 05 tháng 1 năm 2023, tại kỳ họp bất thường lần thứ 2, ông đã được Quốc hội Việt Nam khóa XV bầu làm Phó Thủ tướng Chính phủ nhiệm kỳ 2021 - 2026 theo đề nghị của Thủ tướng Phạm Minh Chính.[12] Ông Trần Hồng Hà vẫn tiếp tục giữ chức vụ Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường cho đến khi có Bộ trưởng mới.[13]