Selepas SMA, Agus Utomo mendaftarkan diri untuk menjadi pegawai di lingkungan Kanwil Departemen Penerangan, Provinsi Jawa Tengah. Pada 1 Maret 1981 diterima menjadi CPNS, dan pada 1 Juni 1982 diangkat menjadi PNS. Karir di Kanwil Departemen Penerangan dijalani Agus Utomo sampai tahun 1999 dengan jabatan akhir sebagai Kepala Seksi Pembinaan Perencanaan Kegiatan Penerangan Daerah yang dijabat semenjak 17 Oktober 1997.
Pasca pembubaran Departemen Penerangan pada tahun 1999 di era Presiden Abdurrahman Wahid, status kepegawaian dari PNS eks Kanwil Departemen Penerangan Provinsi Jawa Tengah dialihkan menjadi PNS Daerah di lingkup Pemerintah Provinsi Jawa Tengah. Jabatan sebagai Kepala Seksi pun diberhentikan.
Selama berkarir sebagai Pegawai Pemerintah Provinsi Jawa Tengah, Agus Utomo beberapa kali menduduki jabatan tinggi antara lain:
- Kepala Biro Humas Sekretariat Daerah Prov. Jawa Tengah, sejak 4 Februari 2009 sampai dengan 2 Februari 2015.
- Kepala Badan Koordinasi Wilayah (Bakorwil) III, Prov. Jawa Tengah, sejak 3 Februari 2015 sampai dengan 14 November 2015.
- Pada tanggal 15 November 2015, Agus Utomo ditunjuk sebagai Penjabat Bupati Purworejo menggantikan Bupati yang telah habis masa jabatannya dan menunggu Pemilihan Umum Kepala Daerah. Jabatan ini diemban sampai dengan 17 Februari 2016.
- Setelah selesai tugas sebagai Penjabat Bupati Purworejo, Agus Utomo kembali ditugaskan sebagai Kepala Bakorwil III Prov. Jawa Tengah mulai 18 Februari 2016 sampai dengan 31 Desember 2017.