مسیر حرفه‌ای دکتر حسین حسین‌زاده در دو بخش اصلی شکل‌گرفته است: نخست، حضور مستمر در صنعت نفت و سپس فعالیت در حوزه‌های اجتماعی و دیپلماسی انرژی.
او فعالیت خود را از اوایل دهه ۱۳۸۰ در مناطق عملیاتی صنعت نفت، به‌صورت اقماری آغاز کرد و در طول ۱۲ سال، در مناطق مختلف نفتی و گازی از خوزستان، ایلام، کرمانشاه و فارس تا میدان‌های سراجه قم و خانگیران مشهد به ایفای نقش پرداخت. در این دوران، با ابعاد مختلف اجرایی و عملیاتی صنعت نفت آشنا شد و تجربیات گوناگونی کسب کرد. در ادامه، به مدت ۱۰ سال در ستاد شرکت نفت مناطق مرکزی در تهران، ضمن برعهده‌داشتن مسئولیت‌هایی چون رئیس عملیات حفاری چاه‌های نفت و گاز، در مدیریت پروژه‌های نفتی نیز مشارکت فعال داشت. سال ۱۳۹۶ دوره مدیریت استراتژیک را در ژاپن گذرانده و عضویت کمیته ارشد سرمایه‌گذاری نفت و گاز را در کارنامه دارد.
حسین‌زاده دارای مدرک دکتری در رشته مهندسی نفت است و در کنار سوابق فنی، فعالیت‌های اجتماعی و اجرایی در عرصه انرژی کشور را نیز در کارنامه دارد. عضو شورای شهر و نمایندگی مجلس در دوره یازدهم مجلس شورای اسلامی به عنوان نماینده مردم حوزه انتخابیه لارستان، خنج، گراش، اوز و جویم از استان فارس را نیز در کارنامه خود دارد. از جمله مسئولیت‌های مهم وی در مجلس می‌توان به عضویت در هیئت‌رئیسه کمیسیون انرژی و ریاست کمیته نفت و گاز این کمیسیون اشاره کرد؛ مسئولیت‌هایی که نقش مؤثری در دیپلماسی انرژی کشور داشته‌اند.
پیش از انتصاب به‌عنوان عضو اصلی و رئیس هیئت‌رئیسه صندوق‌های بازنشستگی صنعت نفت، دکتر حسین‌زاده در سمت مدیرعامل و عضو اصلی هیئت‌مدیره شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت فعالیت می‌کرد.
