Năm 1972-1977, ông từng theo học khóa 4 Đại học An ninh Nhân dân (nay là Học viện An ninh Nhân dân), tốt nghiệp loại xuất sắc. Sau đó, ông về công tác tại Cục A13 (tên cũ của Cục tình báo), lần lượt đảm nhiệm các chức vụ Phó phòng, Trưởng phòng, Phó cục trưởng phụ trách công tác chính trị và tổ chức. Ông cũng từng làm thư ký cho Bộ trưởng Công an Lê Minh Hương cho đến khi ông Hương thôi chức.
Ông từng giữ chức Phó tổng cục trưởng, Tổng cục trưởng Tổng cục V và được bổ nhiệm làm Thứ trưởng Công an năm 2008. Cùng năm, được phong hàm Trung tướng.
Ngày 4/8/2011, ông được điều động làm Bí thư Tỉnh ủy Ninh Bình.
Ngày 5/8/2013, Bộ Chính trị ra quyết định về việc điều động, phân công ông Bùi Văn Nam, ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Tỉnh ủy Ninh Bình thôi tham gia Ban chấp hành Đảng bộ tỉnh; thôi giữ chức Bí thư Tỉnh ủy Ninh Bình để giữ chức vụ Thứ trưởng Bộ Công an.