Từ 8/1982 – 2/1984, Đào Đức Toàn tham gia bộ đội ở Bộ Tư lệnh Pháo binh. Tháng 3/1984, sau khi xuất ngũ, ông về tham gia công tác Đoàn tại Đoàn phường Đồng Xuân, quận Hoàn Kiếm.

Thời gian sau đó, ông được bổ nhiệm làm Bí thư Đoàn phường Lý Thái Tổ, Trưởng ban Tuyên huấn Đảng ủy, rồi Ủy viên Ban Thường vụ, Phó Bí thư quận đoàn Hoàn Kiếm; Phó Chủ tịch Ủy ban Thanh niên quận Hoàn Kiếm; Phó Ban Dân vận Quận ủy Hoàn Kiếm.

Từ 10/1996 – 1/2001: Quận ủy viên, Phó trưởng Ban Tổ chức Quận ủy Hoàn Kiếm.

Từ 1/2001 – 5/2004: Ủy viên Ban Thường vụ, Trưởng ban Tổ chức Quận ủy Hoàn Kiếm.

Từ 5/2004 – 11/2006: Phó Bí thư Thường trực Quận ủy Hoàn Kiếm.

Từ 11/2006 – 3/2014: Chánh văn phòng Thành ủy Hà Nội; Thành ủy viên khóa 14, 15; Đại biểu Hội đồng nhân dân thành phố khóa 14.

Từ 4/2014 – 3/2015: Ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy, Trưởng ban Tổ chức Thành ủy; Đại biểu Hội đồng nhân dân thành phố khóa 14.

Từ 4/2015 – 11/2015: Ủy viên Ban Thường vụ Thành ủy, Trưởng ban Tổ chức Thành ủy; Đại biểu Hội đồng nhân dân thành phố khóa 14.

Từ 2/11/2015 – 27/11/2015: Phó Bí thư Thành ủy, Trưởng ban Tổ chức Thành ủy; Đại biểu Hội đồng nhân dân thành phố khóa 15.

Ngày 2/11/2015, tại Hội nghị lần thứ nhất, Đại hội Đảng bộ thành phố Hà Nội khóa XVI nhiệm kỳ 2015 – 2020, Đào Đức Toàn được bầu giữ chức Phó Bí thư Thành ủy Hà Nội nhiệm kỳ 2015-2020.[4][5]