Trước khi được bầu làm Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ, ông Võ Thành Thống từng giữ các chức vụ: Hiệu trưởng Cao đẳng kinh tế Cần Thơ, Giám đốc Sở Tài chính, Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ nhiệm kỳ 2004-2011, Bí thư Quận ủy Ninh Kiều.[2]

Ngày 25/9/2015, Đại hội đại biểu Đảng bộ thành phố Cần Thơ lần thứ XIII, nhiệm kỳ 2015-2020 đã bầu Võ Thành Thống giữ chức Phó Bí thư Thành ủy.[3]

Ngày 12/11/2015, Hội đồng nhân dân thành phố Cần Thơ khóa VIII đã họp phiên bất thường bầu bổ sung ông Võ Thành Thống giữ chức vụ Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ nhiệm kỳ 2011-2016, với số phiếu bầu 49/50 đạt tỉ lệ 98%.[4][5]

Ngày 30/11/2015, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định phê chuẩn kết quả bầu chức vụ Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ, nhiệm kỳ 2011 - 2016 đối với ông Võ Thành Thống.[6]

Ngày 30/6/2016, Hội đồng nhân dân thành phố Cần Thơ khoá IX tiến hành kỳ họp đầu tiên bầu ông Võ Thành Thống tái đắc cử chức danh Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ nhiệm kỳ 2016-2021, đạt tỷ lệ 96,36% phiếu bầu.[7][8][9]

Ngày 21 tháng 5 năm 2019, tại Quyết định 609/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam Nguyễn Xuân Phúc đã điều động, bổ nhiệm ông Võ Thành Thống, Phó Bí thư Thành ủy, Chủ tịch UBND thành phố Cần Thơ, giữ chức vụ Ủy viên Ban Cán sự Đảng, Thứ trưởng Bộ Kế hoạch và Đầu tư.[10][11]