Woodbury var 1825 talman i New Hampshire House of Representatives, underhuset i delstatens lagstiftande församling. Därefter var han ledamot av USA:s senat från New Hampshire 1825-1831. Woodbury var som demokratisksenator en trogen anhängare av president Andrew Jackson.
Jackson utnämnde honom 1831 till USA:s marinminister och sedan 1834 till finansminister. Han tjänstgjorde som finansminister under resten av Jacksons andra mandatperiod och under hela Martin Van Burens mandatperiod som USA:s president.
Woodbury var 1841-1845 på nytt senator från New Hampshire. Han stödde James K. Polk i 1844 års presidentval. Polk utnämnde honom 1845 till domare i USA:s högsta domstol. Woodbury avled 1851 i domarämbetet.