ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2553 วิทยา ได้รับการแต่งตั้งเป็น รองหัวหน้าพรรคเพื่อไทย ต่อมาในเดือนเมษายน พ.ศ. 2554 ยื่นหนังสือลาออกจากตำแหน่ง กรรมการบริหารพรรคเพื่อไทย ในปี พ.ศ. 2554 ได้รับโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุข ในรัฐบาลของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร
เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในพื้นที่จังหวัดพระนครศรีอยุธยาในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 สังกัดพรรคเพื่อไทย แต่ไม่ได้รับเลือกตั้ง
ประสบการณ์ทางการเมืองที่สำคัญ
กรรมการประสานงานพรรคร่วมรัฐบาล (วิปรัฐบาล),รองประธานกรรมาธิการการเงิน การคลัง การธนาคารและสถาบันการเงิน,รองประธานกรรมาธิการการต่างประเทศ,ประธานอนุกรรมาธิการศึกษาการเปิดคาสิโนให้ถูกต้องตามกฎหมายในประเทศ,ประธานอนุกรรมาธิการศึกษาการฟอกเงิน,ประธานอนุกรรมาธิการศึกษาเส้นทาง East-West Corridor,ผู้ช่วยเลขาฯ รมว.พาณิชย์,เลขาฯ รมว.อุตสาหกรรม,ผู้ช่วยเลขาฯ รมว.คลัง