डॉ. सोमनाथन ने इससे पहले केंद्र में प्रधानमंत्री कार्यालय में संयुक्त सचिव और अतिरिक्त सचिव जैसे महत्वपूर्ण पदों पर कार्य किया है। उन्होंने कॉर्पोरेट कार्य मंत्रालय में संयुक्त सचिव के रूप में भी कार्य किया। साथ ही उन्हें वाशिंगटन डीसी में विश्व बैंक में कॉर्पोरेट मामलों के निदेशक के रूप में प्रतिनियुक्त किया गया। कैबिनेट सचिव के रूप में पदभार संभालने से पहले, वे वित्त सचिव और व्यय विभाग के सचिव का प्रभार संभाल रहे थे।
तमिलनाडु राज्य सरकार में, डॉ. सोमनाथन ने चेन्नई मेट्रो रेल कॉर्पोरेशन लिमिटेड के प्रबंध निदेशक, मुख्यमंत्री के सचिव और जीएसटी के क्रियान्वयन के महत्वपूर्ण चरण के दौरान अतिरिक्त मुख्य सचिव और वाणिज्यिक कर आयुक्त जैसे कई प्रमुख पदों पर कार्य किया। उन्होंने आयुक्त, अनुशासनात्मक कार्यवाही के रूप में भी कार्य किया। चेन्नई मेट्रो रेल कॉर्पोरेशन लिमिटेड के संस्थापक प्रबंध निदेशक के रूप में, वह फाइनेंशियल क्लोजर प्राप्त करने और चेन्नई मेट्रो रेल परियोजना को लागू करने के लिए प्रारंभिक निविदाएं प्रदान करने के लिए उत्तरदायी थे।
डॉ. सोमनाथन 1996 में वाशिंगटन में यंग प्रोफेशनल्स प्रोग्राम के माध्यम से पूर्वी एशिया और प्रशांत क्षेत्रीय उपाध्यक्ष के रूप में वित्तीय अर्थशास्त्री के रूप में विश्व बैंक में शामिल हुए थे। जब उन्हें बजट नीति समूह का प्रबंधक नियुक्त किया गया था, तब वह बैंक के सबसे कम उम्र के सेक्टर प्रबंधकों में से एक बन गए। उन्होंने 2011 से 2015 तक विश्व बैंक में निदेशक के रूप में कार्य किया।
डॉ. सोमनाथन के अर्थशास्त्र, वित्त एवं सार्वजनिक नीति पर पत्रिकाओं और समाचार पत्रों में 80 से अधिक शोधपत्र और लेख प्रकाशित हुए हैं, तथा मैकग्रॉ हिल, कैम्ब्रिज/ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस द्वारा प्रकाशित तीन पुस्तकों के लेखक हैं।