Ông gia nhập Đảng Cộng sản Việt Nam vào ngày 13/7/1998.

Vũ Hồng Thanh từng giữ các chức vụ Giảng viên Đại học Bách Khoa Hà Nội; Phó trưởng Ban kinh tế đối ngoại tỉnh Quảng Ninh; Giám đốc Sở Ngoại vụ tỉnh Quảng Ninh, Chánh văn phòng UBND tỉnh Quảng Ninh.[2]

Vũ Hồng Thanh từng là Giám đốc Sở Kế hoạch và đầu tư Quảng Ninh.[3]

Sau đó, ông là Bí thư Thành ủy Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.

Ông là Đại biểu Hội đồng nhân dân tỉnh Quảng Ninh nhiệm kỳ 2011-2016.

Chiều ngày 9 tháng 3 năm 2015, Vũ Hồng Thanh được trao quyết định của Ban Bí thư Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam chuẩn y giữ chức vụ Phó Bí thư Tỉnh ủy Quảng Ninh. Lúc này ông đang là Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Bí thư Thành ủy Hạ Long.[2]

Tại Đại hội Đại biểu Toàn quốc lần thứ XII của Đảng Cộng sản Việt Nam, ông được bầu làm Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng.

Ngày 22 tháng 5 năm 2016, Vũ Hồng Thanh lần đầu ứng cử và đã trúng cử đại biểu quốc hội ở đơn vị bầu cử số 1, tỉnh Quảng Ninh, gồm có thành phố Hạ Long, thành phố Cẩm Phả và huyện Hoành Bồ với 298.296 phiếu, đạt tỷ lệ 84,38% số phiếu hợp lệ.[4]

Ngày 22 tháng 7 năm 2016, Vũ Hồng Thanh được Quốc hội bầu giữ chức vụ Chủ nhiệm Ủy ban Kinh tế của Quốc hội khóa XIV với 376 phiếu đồng ý, bằng 76,11% tổng số đại biểu Quốc hội.[5]

Trước khi được bầu làm Chủ nhiệm UB Kinh tế Quốc hội khóa 14, Vũ Hồng Thanh là Phó Bí thư Tỉnh ủy Quảng Ninh, Ủy viên Trung ương Đảng, Ủy viên Đảng đoàn Quốc hội, Ủy viên Ủy ban Thường vụ Quốc hội khóa XIV, Phó Bí thư Tỉnh ủy Quảng Ninh.[6]

Ông là Ủy viên Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam, Đại biểu Quốc hội chuyên trách Trung ương.