عمل الوزير آل الشيخ في الإدارة القانونية بالبنك الدولي من عام 1998م إلى 2000م، ثم عمل في أحد المكاتب القانونية بمدينة نيويورك من عام 2001م إلى 2003م.

وفي عام 2003م عاد إلى السعودية، وعمل في مجال الاستشارات القانونية حتى عام 2012م. وفي شهر سبتمبر عام 2012م عُيّن عضو مجلس إدارة تنفيذياً وممثلاً للمملكة العربية السعودية في البنك الدولي بواشنطن. وفي تاريخ 24 / 3 / 1434هـ صدر أمر ملكي يقضي بتعيينه رئيساً لمجلس هيئة السوق المالية.

عمل وزير الصحة المكلف في عدد من مجالس الإدارات، منها: مجلس إدارة شركة الزيت العربية السعودية (أرامكو السعودية)، مجموعة البنك الدولي بواشنطن وعدد من الشركات المدرجة بالسوق السعودي. كما عمل عضواً في مجلس إدارة المنظمة الدولية للهيئات المشرفة على الأسواق المالية، وشارك في العديد من المؤتمرات الدولية، وألقى محاضرات عديدة عن الأسواق المالية والمصرفية الإسلامية.

وفي تاريخ 9 / 4 / 1436هـ صدر أمر ملكي بتعيينه وزير دولة وعضواً بمجلس الوزراء، كما صدر أمر ملكي بتعيينه عضواً بمجلس الشؤون الاقتصادية والتنمية.