2/2001 - 2003

Giảng dạy Công nghệ Hóa học, khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

12/2003 - 8/2008

Phó chủ nhiệm bộ môn Công nghệ Hóa học, khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Bí thư Đoàn Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (3/2004)

2007 - 8/2008

Phó giáo sư (12/2007), Phó chủ nhiệm khoa Hóa học, Đại học Khoa hoc Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (12/2007 - 8/2008); Bí thư Đoàn Đại học Quốc gia Hà Nội (5/2007 - 8/2008); Ủy viên Ban Thường vụ Trung ương Đoàn Thanh niên Cộng sản Hồ Chí Minh khóa IX (12/2007)

8/2008

Bí thư Trung ương Đoàn TNCS Hồ Chí Minh khóa IX, Trưởng ban Thanh niên Trường học Trung ương Đoàn (từ 8/2008); Chủ tịch Hội Sinh viên Việt Nam (từ 2/2009); Giám đốc Học viện Thanh Thiếu niên Việt Nam (từ 6/2009); Phó chủ tịch Hội Liên hiệp Thanh niên Việt Nam (10/2009 - 5/2010)

1/2011

Ủy viên dự khuyết Trung ương Đảng khóa XI

10/2011 - 4/2016

Bí thư thứ nhất Trung ương Đoàn TNCS Hồ Chí Minh khóa IX, X; Chủ tịch Hội Liên hiệp Thanh niên Việt Nam (6/2014 - 12/2014); Chủ nhiệm Ủy ban Quốc gia về thanh niên Việt Nam (từ 10/2011)

1/2016

Ủy viên Trung ương Đảng khóa XII

4/2016 - 12/2019

Bí thư Tỉnh ủy Nghệ An khóa XVIII, nhiệm kỳ 2015-2020, Trưởng đoàn ĐBQH tỉnh Nghệ An khóa XIV

12/2019

Phó chánh Văn phòng Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy Văn phòng Trung ương Đảng (từ 9/2020)

1/2021

4/2021

Chủ nhiệm Ủy ban Văn hóa, Giáo dục, Thanh niên, Thiếu niên và Nhi đồng của Quốc hội