Sebelumnya, ia pernah menjabat sebagai Kepala Badan Koordinasi Penanaman Modal (BKPM) era SBY tahun 2005–2009, lalu kemudian ditugaskan menjadi duta besar Indonesia untuk Jepang tahun 2010–2013 hingga diangkat Menteri Perdagangan oleh Presiden SBY. Pada tahun 14 September2020 ia diangkat menjadi duta besar Indonesia untuk Amerika Serikat dan hingga dilantik kembali menjadi Menteri Perdagangan oleh Presiden Jokowi.
Pada tahun 2008, Muhammad Lutfi diakui sebagai seorang pemimpin muda yang berpengaruh oleh Forum Ekonomi DuniaYoung Global Leaders. Ia juga merupakan salah seorang pendiri Masyarakat Ekonomi Syariah.
Pada usia 29 tahun, dia menjadi Ketua Himpunan Pengusaha Muda Indonesia untuk Jakarta Raya (HIPMI JAYA) periode 1998–2001, dan kemudian menjadi Ketua Nasional HIPMI pada periode 2001–2004. Pada tahun 2005, ia diangkat oleh Susilo Bambang Yudhoyono untuk menduduki posisi pejabat setingkat menteri, yakni Kepala Badan Koordinasi Penanaman Modal (BKPM) Indonesia, dan dia menjadi orang termuda yang pernah menjabat posisi tersebut.
Pada bulan Agustus 2010, Muhammad Lutfi ditunjuk oleh Presiden Republik Indonesia sebagai Duta Besar untuk Jepang dan Federasi Mikronesia.[4] Ia merupakan orang termuda yang pernah bertugas di kedutaan terbesar Indonesia, dan juga sebagai salah satu duta termuda yang mewakili Indonesia secara internasional.
Pada 12 Februari 2014, Presiden Susilo Bambang Yudhoyono mengumumkan pengangkatan Muhammad Lutfi sebagai Menteri Perdagangan Kabinet Indonesia Bersatu II, menggantikan Gita Wirjawan.[5] Muhammad Lutfi resmi dilantik sebagai Menteri Perdagangan pada 14 Februari 2014.
Pada 22 Desember 2020, Presiden Joko Widodo mengumumkan pengangkatan Muhammad Lutfi sebagai Menteri Perdagangan Kabinet Indonesia Maju, menggantikan Agus Suparmanto.[6] Muhammad Lutfi resmi dilantik sebagai Menteri Perdagangan pada 23 Desember 2020.