Pada tahun 2007, beliau menjadi Ketua Pemuda PKR selepas pemimpinnya Mohamad Ezam Mohd Nor, melepaskan jawatan pada 2006,[7] dan beliau mengalahkan Hasmi Hashim pada pilihan raya 2007 untuk menggantikannya.[8][9]

Pada pilihan raya 2004, beliau bertanding di kawasan Parlimen Tangga Batu yang baru diwujudkan di negeri asalnya, Melaka tetapi kalah kepada Idris Haron. Kemudian pada pilihan raya 2008, beliau bertanding dan kalah di kerusi Parlimen Dungun di Terengganu.[3] Beliau akhirnya dipilih ke Parlimen pada pilihan raya 2013 untuk kerusi Bukit Katil, menewaskan lawan berat, Ketua Menteri Melaka, Mohd Ali Rustam.[10] Dalam pilihan raya 2018, beliau berjaya mengekalkan Bukit Katilnya yang telah berubah menjadi Hang Tuah Jaya selepas penandaan semula 2018 tetapi kehilangan kerusi Rim Dewan Undangan Negeri Melaka.

Pada 2014, beliau dipilih sebagai naib presiden PKR, bersama Rafizi Ramli, Nurul Izzah Anwar dan Tian Chua. Beliau tidak mempertandingkan kepimpinan sayap pemuda PKR.[11]

Pada 11 Disember 2013, Shamsul Iskandar didakwa bertanggungjawab dalam perhimpunan Pilihan Raya Malaysia 2013 atau "Blackout 505", perhimpunan yang diadakan di kawasan terhad di kompleks Masjid Ar-Rahman Universiti Malaya yang berlaku di 15 bandar raya di Malaysia. Selepas lima tahun dia dibebaskan pada 16 Mei 2018 dan semua tuduhan telah digugurkan atas alasan pendakwaan gagal membuktikan kes terhadap Shamsul di luar keraguan munasabah.[12]

Berikutan dengan kemenangan Pakatan Harapan pada Pilihanraya Umum ke 14, beliau telah dilantik menjadi anggota Jemaah Menteri sebagai Timbalan Menteri Industri Utama di bawah kerajaan baharu dipimpin oleh, Tun Dr Mahathir Mohamad.

Di peringkat antarabangsa, Shamsul Iskandar juga merupakan ahli Lembaga Rangkaian Parlimen di Bank Dunia & Tabung Kewangan Antarabangsa.[perlu rujukan]