انتمى في أثناء دراسته الأكاديمية إلى الحركة الإسلامية، إذ مارس العمل السياسي التنظيمي منذ بدايات شبابه، وسجن مرات عديدة أيام حكم حزب البعث للعراق، حتى صدر عليه حكم الإعدام، مما اضطره إلى مغادرة الوطن وممارسة نشاطه العلمي والسياسي خارج العراق بأسماء مستعارة، كمحمد أبو المجد وفرج الله منتظر وعبد الله سعيد العبادي ومحمد مزهر وأشهرها عز الدين سليم وفي عام 1961م، عمل عز الدين سليم ضمن تنظيم (الدعوة الإسلامية) في العراق الذي عرف إعلامياً بحزب الدعوة فيما بعد وتدرج في التنظيم حتى أصبح أحد قيادييه. 

 وفي عـام 1975م اعتقل في محـافظة البصـرة ونقـل إلى مديريـة أمن الديوانية بتهمة انتمائه للتنظيم المذكور، ثم أطلـق سراحه بأعجوبة بعد عدم التعرف على شخصيته، وطُورد في نهاية نفـس العام مرة ثانية، ممـا اضطره إلى الهجرة خارج العراق فغادرها إلى الكويت سراً وعاش فيها خمس سنوات وباشر العمل ضد النظام العراقي آنذاك مع عدد من الناشطين العراقيين، وبعد انكشاف عملهم غادر إلى إيران في بداية عام 1980م، وفي عام 1980م ظهرت اختلافات في قيادة الدعوة، فشكّل عز الدين سليم ومجموعة من العاملين- حركة الدعوة الإسلامية وعمل عضواً في المجلس الأعلى للثورة الإسلامية في العراق منذ تأسيسه عام 1983م، ثم تسلم مسئولية الإشراف على إعلام المجلس الأعلى لأكثر من خمسة عشر عاماً، وكان عضواً في الشورى المركزية للمجلس الأعلى أكثر من عشر سنوات، ومسئولاً للجنة الثقافية المركزية في المجلس، وترك العمل في المجلس الأعلى عام 2001م، وكان عز الدين سليم أحد المؤسسين لاتحاد القوى الإسلامية العراقية الذي تأسس في طهران، ثم صار أميناً عامًّا للاتحاد، وشارك في فعّاليات المعارضة الوطنية في المهجر؛ حيث كان عضواً في مؤتمر صلاح الدين عام 1992م، وكان عضواً في مجلسه التنفيذي، وشارك في اجتماعات السليمانية التداولية، ثم شارك في اللجنة التحضيرية لمؤتمر لندن الذي عقد قبل سقوط نظام صدام حسين، وتمّ اختياره عضواً في لجنة المتابعة والتنسيق التي انبثقت من مؤتمر لندن وحضر اجتماعها الأول في آربيل قبل سقوط نظام صدام حسين بأسابيع وعاد إلى العراق في 17/5/2003م، وقد استقبل استقبالاً حاشداً من قبل الجماهير، وكان عز الدين سليم عضواً في مجلس الحكم العراقي منذ تأسيسه حتى اغتياله، وكان أحد المؤسسين للبيت الإسلامي الذي تأسس في بغداد بعد سقوط النظام العراقي، وتسلم رئاسة مجلس الحكم العراقي في 1/5/2004م، إثر تصويت أكثرية أعضاء المجلس لرئاسته خلفًا لمسعود البارزاني حتى 17 مايو 2004، واستمر سليم في ممارسة مهام عمله كرئيس دوري لمجلس الحكم الانتقالي.

 له العديد من الكتب والمؤلفات، منها: 

1- محمد رسول الله (ص) عرض ميسر لسيرته الطاهرة.

2- أمير المؤمنين عرض ميسر لسيرته الطاهرة.

3- فاطمة بنت محمد.

4- الصديقة الزهراء بين المحنة والمقاومة.

5- سيرة الإمام الحسن.

6- سيرة الإمام الحسين.

7- خلفيات ثورة الحسين.

8- ثورة الحسين قراءة جديدة.

9- الإمام على بن الحسين.

10- سيرة الإمام الباقر.

11- الحركة التغييرية عند الإمام الصادق.

12- هكذا تحدث الرضا.

13- الإمام الجواد مكانته الدينية، ظروفه السياسية.

14- المعارضة السياسية في تجربة أمير المؤمنين.

15- الإمامة في الرسالة الإسلامية.

16- التعددية وأخلاقية الحوار في الإسلام.

17- التعددية والحوار.

18- الشهيد الصدر رائد حركة التغيير في العراق.

19- هكذا نقرأ التاريخ.

20- مكانة الإنسان في الإسلام.

21- دور المساجد في حياة المسلمين.

22- الإسلام ورسالته الخالدة 

23- الاختلاف المركزي بين السنة والشيعة. 

 بالإضافة إلى العديد من الكتابات في الصحف والمجلات الثقافية في العراق والكويت ولبنان منها: مجلة التضامن الإسلامي بالنجف ومجلة رسالة الإسلام ببغداد كما أشرف على إصدار صحيفة المجلس الأعلى للثورة الإسلامية في العراق الصادرة في طهران اثنتي عشر عاماً اعتباراً من عام 1983م، وكان عضواً في هيئة تحرير مجلة التقريب بين المذاهب الإسلامية لعدة سنوات ثم رئيساً لها في طهران، وكان أحد المؤسسين لدار التوحيد في الكويت والذي تغير اسمه بدار البلاغ في طهران فيما بعد، وله العشرات من المؤلفات في ذلك المركز الثقافي وأسهم في كتابة كثير من الصحف والمجلات السياسية، والثقافية، والدينية، وله مئات الأبحاث المنشورة في تلك المنابر وكان أحد المشرفين على المركز الإسلامي للدراسات السياسية الذي أسس في طهران منذ عام 1981م، بواسطة عدد من المثقفين العراقيين المهاجرين، وكانت له عشرات الأبحاث السياسية التقرير السياسي الذي كان يصدره المركز لعدة سنوات وأشرف على كتابة رسائل علمية في مرحلة الماجستير والدكتوراة، وأسس المركز الوطني للدراسات الاجتماعية والتاريخية في مدينة البصرة بعد سقوط النظام البعثي عام 2003م، وله المئات من المحاضرات المسجلة التي ألقاها على الكادر الإسلامي في مجال العقيدة، والسيرة، والتاريخ، والفقه، والسياسة.

تم اغتياله في 17 مايو 2004 بتفجير سيارة مفخخة تزامنت مع مرور موكبه في حي الحارثية قرب أحد مداخل المنطقة الخضراء؛ حيث مقر الحكومة العراقية، وقد تبنت جماعة "التوحيد والجهاد" فرع "تنظيم القاعدة" بالعراق عملية الاغتيال.