Năm 2006, ông Hùng được điều động sang Văn phòng Chính phủ làm cán bộ Vụ Dầu khí rồi trở lại PVN làm Phó Trưởng ban chế biến dầu khí vào năm 2007.
Tiếp đó, ông trải qua các vị trí Phó Tổng Giám đốc Công ty Liên doanh Hóa dầu Long Sơn; Chủ tịch HĐTV Công ty Hóa dầu Long Sơn; Trưởng ban QLDA Cụm Khí - Điện - Đạm Cà Mau; Tổng Giám đốc Công ty Phân bón Dầu khí Cà Mau; Chủ tịch HĐQT Tổng Công ty Dung dịch khoan và Hóa phẩm Dầu khí.
Từ ngày 1/10/2013 đến tháng hết tháng 6/2019, ông Hùng làm Phó Tổng Giám đốc PVN. Từ 1/7/2019 đến nay, ông Hùng giữ chức thành viên HĐTV, Tổng Giám đốc PVN.