Đỗ Thanh Bình từng giữ các chức vụ Chủ tịch UBND huyện, Bí thư Huyện ủy Huyện Vĩnh Thuận (Kiên Giang), rồi làm Phó Trưởng ban, Trưởng Ban tổ chức Tỉnh ủy Kiên Giang.

Từ tháng 06/2018, ông được bầu làm Phó Chủ tịch UBND Kiên Giang[3].

Ngày 07/07/2020. Tại kỳ họp chuyên đề năm 2020 để làm Công tác nhân sự chủ chốt của UBND tỉnh. Ông Đỗ Thanh Bình được bầu làm Chủ tịch UBND tỉnh Kiên Giang khoá IX, nhiệm kỳ 2016-2021 (thay ông Phạm Vũ Hồng nghỉ hưu)[4].

Ngày 16/10/2020, tại Đại hội đại biểu Đảng bộ tỉnh Kiên Giang lần thứ XI, ông được bầu giữ chức Bí thư Tỉnh ủy khóa XI, nhiệm kỳ 2020-2025.

Ngày 30/1/2021, tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng, ông được bầu là Ủy viên Trung ương Đảng khóa XIII, nhiệm kỳ 2021-2026.