Ο Σταθάκης ήταν καθηγητής πολιτικής οικονομίας στο Πανεπιστήμιο Κρήτης. Το 2012 εκλέχτηκε βουλευτής με το ΣΥΡΙΖΑ, με την ταυτόχρονη παραίτηση του από αντιπρύτανης του Πανεπιστημίου.Κατά την περίοδο που ο ΣΥΡΙΖΑ ήταν αξιωματική αντιπολίτευση, ήταν υπεύθυνος του τομέα Ανάπτυξης του κόμματος. Στις 27 Ιανουαρίου 2015 έγινε υπουργός Οικονομίας, Υποδομών, Ναυτιλίας και Τουρισμού στην πρώτη κυβέρνηση του Αλέξη Τσίπρα,θέση που κατείχε έως τις 27 Αυγούστου 2015.
Στις 23 Σεπτεμβρίου 2015 ορίστηκε υπουργός Οικονομίας, Ανάπτυξης και Τουρισμού στη δεύτερη κυβέρνηση του Αλέξη Τσίπρα. Στις 5 Νοεμβρίου του 2016 ορίστηκε υπουργός Περιβάλλοντος και Ενέργειας, αξίωμα που διατήρησε μέχρι τον Ιούλιο του 2019. Από το 1985 μέχρι 1987, ήταν Ειδικός Επιστήμονας στο Tμήμα Mηχανικών H/Y του Πανεπιστημίου Πάτρας. Το 1988 έγινε λέκτορας στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, αναπληρωτής καθηγητής το 1992 και καθηγητής το 1997).
Eρευνητικά κέντρα
- 1992/93: Επισκέπτης καθηγητής στο Κέντρο Ευρωπαϊκών Σπουδών, Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ
- 1987/88: Επισκέπτης ερευνητής στο Κέντρο Βυζαντινών και Σύγχρονων Ελληνικών Σπουδών, Κολλέγιο Κουίνς, Πανεπιστήμιο Σίτι της Νέας Υόρκης
- 1986/87: Ερευνητής στο Iνστιτούτο Tεχνολογίας Yπολογιστών στη Πάτρα
- 1985/86: Ερευνητής στο Ίδρυμα Mεσογειακών Eρευνών
Πολιτικές και διοικητικές δραστηριότητες
- 2012-2019: Βουλευτής Χανίων του ΣΥΡΙΖΑ, υπεύθυνος Τομέα Ανάπτυξης της Κοινοβουλευτικής Ομάδας.
- 2010-2012: Περιφερειακός Σύμβουλος, Περιφέρεια Κρήτης, (Ριζοσπαστική Συνεργασία Κρήτης).
- 2004-2008: Πρόεδρος του Δ.Σ. της εφημερίδας Η Αυγή
- 2000-2002: Δ.Σ. της Eταιρείας Πολιτικού Προβληματισμού Nίκος Πουλαντζάς
- 1993-1994: Διοικ. και Eπιστ. Συμβ., Tεχνολογικό και Πολιτιστικό Ίδρυμα της ETBA.
- 1989-1990: Συμβούλιο Oικονομικών Eμπειρογνωμόνων, Yπ. Eθνικής Oικονομίας