بعد عودته إلى مسقط، تولى البوسعيدي لفترة قصيرة إدارة أعمال الأسرة التجارية عقب وفاة شقيقه الأكبر سامي عام 1988، قبل أن يتجه إلى العمل الدبلوماسي، فالتحق بوزارة الخارجية عام 1989، حيث بدأ مسيرته سكرتيرا أول، وأنشأ "مكتب التحليل السياسي" الذي تولى إعداد تقييمات وتحليلات منهجية للقضايا الإقليمية والدولية دعما لصناع القرار.

وبالتوازي مع عمله الدبلوماسي، أدار الشركة الأسرية "سابكو" حتى عام 2000، ثم استقال من جميع مناصبه الخاصة ليتفرغ للعمل العام.

وفي تلك الفترة، ترأس عام 1993 المفاوضات الأولى مع الولايات المتحدة بشأن قضايا قانون العمل، وهي المفاوضات التي مهدت لانضمام سلطنة عُمان إلى منظمة التجارة العالمية عام 2000، ثم لتوقيع اتفاقية التجارة الحرة العُمانية الأمريكية عام 2006.

وتدرج البوسعيدي في المناصب الدبلوماسية، فترقى إلى درجة سفير في ديوان عام الوزارة عام 1996، ثم عُين وكيلا لوزارة الخارجية عام 2000، في فترة شهدت اضطرابات إقليمية ودولية منها أحداث 11 سبتمبر/أيلول وحرب العراق.

تولى بعدها منصب الأمين العام للوزارة بدرجة وزير بين عامي 2007 و2020، وأشرف على إدارة العمليات الدبلوماسية اليومية، وترأس الجانب العُماني في العديد من الاجتماعات الثنائية ومتعددة الأطراف على المستويين الإقليمي والدولي.

وفي تلك المرحلة، أسهم في إدارة عدد من الملفات الدبلوماسية البارزة، من بينها تنسيق اللقاءات والمفاوضات التمهيدية السرية بين الولايات المتحدة وإيران عام 2013، التي مهدت لتوقيع الاتفاق النووي عام 2015.

وعقب تولي السلطان هيثم بن طارق الحكم، صدر في 18 أغسطس/آب 2020 المرسوم السلطاني رقم 111/2020 بتعيينه وزيرا للخارجية، خلفا ليوسف بن علوي، وأصبح أول مسؤول يحمل مسمّى "وزير الخارجية" مباشرة، بعد عقود كان يُطلق فيها على هذا المنصب "الوزير المسؤول عن الشؤون الخارجية".

وفي نوفمبر/تشرين الثاني 2025، منحه السلطان هيثم بن طارق وسام الإشادة السلطانية من الدرجة الأولى، تقديرا لجهوده وتفانيه في أداء مهامه ومسؤولياته.