В 1986 году начал профессиональную карьеру в Союзе молодых коммунистов (UJC), выступая в качестве генерального секретаря комитета университета. В этом же году он был произведён в члены провинциального бюро для службы в идеологической сфере. В 1987 году завершил международную миссию в качестве первого секретаря Союза молодых коммунистов (UJC) в Никарагуа. По возвращении занимал различные должности вплоть до первого секретаря провинциального комитета в Вилья-Клара.

В 1992—1993 годах он был членом Национального бюро UJC В октябре 1993 года он был избран профессиональным членом партии в провинции. В 1994 году он был назначен первым секретарём провинциального комитета партии провинции Вилья-Клара. В 2003 году он был избран на ту же должность в провинции Ольгин. Он был назначен министром высшего образования в мае 2009 года, сохранял пост до февраля 2013 года.

С 24 февраля 2013 года — первый заместитель председателя Государственного совета и Совета министров Кубы.

24 февраля 2013 года, с переизбранием Рауля Кастро на второй пятилетний срок на пост председателя Государственного совета Кубы, Мигель Диас-Канель был избран первым заместителем председателя Госсовета страны. В настоящее время является самым высокопоставленным государственным деятелем Кубы, не принимавшим участия в Кубинской революции.

Еще до назначения Диас-Канеля на должность главы государства ряд экспертов называл его наиболее вероятным преемником Рауля Кастро, хотя другие аналитики считали подобные выводы преждевременными.

С 19 апреля 2018 года является председателем Государственного Совета (высшего органа, исполняющего функции главы государства) и председателем Совета министров: на Кубе должности главы государства и главы правительства совмещены. При этом его предшественник на этих постах Рауль Кастро сохраняет часть властных полномочий, так как является первым секретарём единственной в стране партии — Коммунистической партии Кубы.