بدأ حياته العملية في القطاع الحكومي حيث تولى منصب مدير مشروع بالصندوق السعودي للتنمية وذلك خلال الفترة من 1981-1989 م، وأشرف على دراسات الجدوى ومتابعة تنفيذ مشاريع تنموية في عدد من الدول العربية، الآسيوية والأفريقية.
مع بداية التسعينات انتقل للعمل في القطاع الخاص، حيث تولى إدارة عدد من الشركات في عدد من المؤسسات والشركات الإقليمية الكبرى، من بين هذه الشركات موسسة الصقري شركة نافا، ثم شركة سكاب، وأخيراً المجموعة السعودية للأبحاث والتسويق.
في الفترة من 1991إلى 1999 تولى منصب نائب الرئيس في شركة نافا، والتي تضم عشر شركات في مجالات متنوعة وغير متجانسة كالطب والزراعة والتجارة والصناعة والسفر والشحن والتشغيل والصيانة والأمن.
خلال الفترة من 1999 إلى 2003 تولى منصب نائب الرئيس في مجموعة سكاب، وتضم مجموعة من الشركات في مجالات أنظمة حماية البيئة، إعادة التدوير، وتعبئة المياه المعدنية، المقاولات، العقارات، والسفر والسياحة، المنتجات الغذائية.
في عام 2003 تولى منصب مدير عام الشركة السعودية للتوزيع، وهي إحدى شركات المجموعة السعودية للأبحاث والنشر.
في عام 2008 عين رئيساً تنفيذياً للمجموعة السعودية للأبحاث والتسويق.
في عام 2013 عين عضواً منتدباً للمجموعة السعودية للأبحاث و التسويق.
في 3 يوليو 2014 أصدر رئيس مجلس إدارة مؤسسة الأمير محمد بن سلمان بن عبد العزيز الخيرية (مسك الخيرية) قرارا بتعيين عزام بن محمد الدخيل رئيسا تنفيذيا للمؤسسة.
في 29 يناير 2015 أصدر الملك سلمان بن عبدالعزيز أمراً ملكياً بتعيينه وزيراً للتعليم بعد أن أصدر الملك قراراً بدمج وزارة التربية والتعليم مع وزارة التعليم العالي.
طالب في حملة بتويتر بإعطاء المعلمين حقوقهم ثم محاسبتهم .