W 1999 został zastępcą ordynatora Oddziału Internistyczno-Kardiologicznego Specjalistycznego Szpitala im. dra Alfreda Sokołowskiego w Wałbrzychu. W 2000 objął stanowisko ordynatora. Dwa lata później został dyrektorem tego szpitala. W 2003 powołany przez marszałka województwa dolnośląskiego na stanowisko pełnomocnika ds. konsolidacji szpitali wałbrzyskich. W 2005 był zastępcą dyrektora ds. lecznictwa w wałbrzyskim Specjalistycznym Szpitalu im. dra Alfreda Sokołowskiego w Wałbrzychu. W tym samym roku zaczął pełnić w nim funkcję ordynatora oddziału kardiologicznego. W 2008 został ponownie także wicedyrektorem, w tym samym roku objął stanowisko pełnomocnika zarządu województwa ds. polityki zdrowotnej.
26 maja 2011 premier Donald Tusk powierzył mu pełnienie funkcji prezydenta Wałbrzycha w związku z rezygnacją złożoną przez Piotra Kruczkowskiego. Roman Szełemej wystartował także w przedterminowych wyborach na urząd prezydenta miasta, które przeprowadzono 7 sierpnia 2011. Kandydował jako niezależny z poparciem ze strony Platformy Obywatelskiej (do której później wstąpił). Wygrał w pierwszej turze, uzyskując poparcie około 60% głosujących. 11 sierpnia 2011 został zaprzysiężony na ten urząd.