Pada saat melanjutkan kuliah, dia dipercaya menjadi research asistant, Department of Geology, Amerika Serikat The University of Iowa pada kurun waktu 1981 hingga 1986. Lalu diangkat sebagai teaching assistant 1983 hingga 1986.
Setelah kembali di Indonesia, dia kembali mengajar sebagai dosen luar biasa di Sesko ABRI Bandung untuk tahun 1988 hingga 1989, jurusan Meteorologi dan Geofisika ITB mulai 1994 hingga 1995.
Tak hanya itu, pada 1995 dia mengajar program Pascasarjana Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya. Fakultas Teknologi Mineral Jurusan Teknik Geologi Universitas Trisakti pada tahun 1996, dan Fakultas MIPA UI pada tahun 1997.
Dwisuryo Indroyono juga pernah dipercaya sebagai Kepala Subdirektorat Inventarisasi Sumber Daya Alam (Tisda) Matra Dirgantara (BPPT) untuk kurun waktu 1992 hingga 1995.
Direktur Direktur Inventarisasi Sumberdaya Alam (Tisda) BPPT 1993 hingga 1997, dan sebagai Dirjen Penyerasian Riset dan Eksplorasi Laut di Departemen Kelautan dan Perikanan, pada 1999.
Dwisuryo Indroyono Soesilo merupakan anggota Panitia Tetap Dewan Kelautan Nasional Departemen Kelautan dan Perikanan pada 1997, lalu menjadi Deputi Ketua BPPT, Bidang Pengembangan Kekayaan Alam pada kurun waktu 1997 hingga 1998. Deputi Kepala BPPT Bidang Teknologi Pengembangan Sumberdaya Alam pada 1998.
Pada 2001 hingga 2008, dia menjabat sebagai Kepala Badan Riset Kelautan dan Perikanan/BRKP dan kemudian sebagai Sesmenkokesra mulai 2008 hingga 2011 dan Director of the Fisheries and Aquaculture Resources Use and Conservation Division, FAO, PBB, sejak tahun 2012.
Pada tahun 2014-2015 dia dipercaya menjabat sebagai Menteri Koordinator Bidang Kemaritiman era Presiden Jokowi dan Wapres Jusuf Kalla.
Posisinya diganti oleh Rizal Ramli pada 2025. Kemudian, kursi jabatan tersebut diteruskan oleh Luhut Binsar Pandjaitan hingga akhir dari 10 tahun pemerintahan Jokowi pada 2024 .