Tháng 3/2016 ông là phó chánh văn phòng Đoàn đại biểu Quốc hội, Hội đồng nhân dân thành phố. Từ tháng 7/2016 đến tháng 12/2018 là trưởng Ban Văn hóa xã hội (Hội đồng nhân dân thành phố), đại biểu Hội đồng nhân dân thành phố Hà Nội.
Từ ngày 4/1/2019, ông Cương được Ban Thường vụ Thành ủy điều động nhận công tác tại quận Bắc Từ Liêm, chỉ định tham gia Ban Chấp hành, Ban Thường vụ, giữ chức phó bí thư Quận ủy Bắc Từ Liêm nhiệm kỳ 2015-2020.
Ngày 14/1/2019, tại kỳ họp của HĐND quận Bắc Từ Liêm, 100% đại biểu bầu ông Cương giữ chức chủ tịch UBND quận.
Tháng 7/2020, tại Đại hội Đảng bộ quận Bắc Từ Liêm lần thứ II nhiệm kỳ 2020-2025, ông Trần Thế Cương được tín nhiệm, bầu giữ chức bí thư Quận ủy Bắc Từ Liêm nhiệm kỳ 2020-2025.
Ông Trần Thế Cương được Ban Thường vụ Thành ủy điều động, phân công giữ chức vụ giám đốc Sở Văn hóa và thể thao từ ngày 1/3/2021.
Ban thường vụ Thành ủy Hà Nội đánh giá, ông Trần Thế Cương là cán bộ có nhiều năm công tác trong lĩnh vực văn hóa, xã hội. Trên các các cương vị công tác từ thành phố đến cơ sở; luôn là cán bộ có năng lực, kinh nghiệm, dám nghĩ dám làm, dám chịu trách nhiệm.