佟桂莉的工作经历从1983年9月至1986年7月，作为杭州市第十四中学的高中生开始。
随后，从1986年9月至1990年7月，她在进入中国青年政治学院，专攻青年工作系青年思想教育专业。
1990年7月至1998年5月，她担任共青团杭州市委的青工部干事、副部长和部长，并在1995年至1996年间担任团中央统战部部长助理。
从1998年5月至2001年7月，佟桂莉晋升为共青团杭州市委书记兼党组书记。
2001年7月至2002年12月，她在中共浙江省富阳市委担任副书记，后于2002年12月至2003年3月，成为中共浙江省富阳市委书记。
在2003年3月至2006年12月间，她担任中共富阳市委书记兼市人大常委会主任。
2006年12月至2007年4月，佟桂莉出任中共杭州市委副秘书长，后于2007年4月起担任杭州市政府副市长兼党组成员。
在她的职业生涯中，佟桂莉是共青团中央十四届委员会的委员，也是中共八届杭州市委和九届市委的委员。
