1959-cu ildə Bakıdakı soyuducular zavoduna işə girir və 19 il orada çalışıb adi işçi kimi fəaliyyətə başlayan Mütəllibov 26 yaşında ikən bu iri müəssisənin müdiri vəzifəsinə təyin olunur.

1974-cü ildə isə “Bakelektromaş” istehsalat birliyinin müdiri təyin olunur. 1977-ci ildə Bakı şəhəri Nərimanov rayonunun partiya komitəsinin ikinci katibi seçilir. 1979-cu ildə respublikanın yerli sənaye naziri təyin olunur. 1982-ci ildə “Qosplanın” rəhbəri eyni zamanda nazirlər şurasının sədr müavini vəzifələrini tutur.

1982 – ci ildən Azərbaycan SSR – in Dövlət Plan Komitəsinin sədri olmuşdur

1990 – cı ilin iyulundan 1991 – ci ilin avqustuna kimi Sovet İttifaqı Kommunist Partiyası MK – nin və Sov.İKP MK – nin Siyasi Bürosunun üzvü olmuşdur.

1990 – cı ilin yanvar ayından Azərbaycan KP MK – nın baş katibi seçilmişdir.

1990 – cı ilin may ayında Azərbaycan SSR – in Ali Soveti tərəfindən prezident seçilmişdir

1991 – ci il sentyabrın 8-də ümumi seçkilərdə Azərbaycanın prezidenti seçilmişdir.

1992-ci il fevralın 25-26-na keçən gecə Xocalıda baş verən dəhşətli qətliyamdan istifadə edən müxalifət Ali Sovetin növbədənkənar sessiyasının çağırılmasına və Ayaz Mütəllibovu öz vəzifəsindən istefa verməyə məcbur edir.

Lakin həmin ilin mayında faciyənin səbəblərini araşdıran komissiya Ayaz Mütəllibovun günağını təsdiq edən faktlar aşkar etmədiyindən Ali Sovet öz qərarını ləğv edir və onu öz vəzifəsinə bərba edir, lakin “Xalq Cəbhəsinin” təzyiqi altında Ayaz Mütəllibov yeniden özü istefası barədə sənədi imzalayır və ölkəni tərk edir o vaxtdan etibarən o, 1992-ci ildən Moskvada yarıgizli vəziyyətdə yaşayır. Azərbaycanda axtarışdadır.

 1995-ci il mayın 7-də moskva polisiylə saxlanılmışdır “qeydiyyat qaydanın pozulmasına görə”. Azərbaycan hakimiyyəti onun təslim edilməsini nail olmağa çalışırdı, ancaq rədd cavabı aldı.

Hal hazırda  Azərbaycan Sosial Demokrat partiyasının həmsədridir