Mari S. Vestrheim har gjennom hele sin karriere jobbet med offentligrettslige fag, med en særlig interesse for barnerett. Hun har lang erfaring som prosessfullmektig for Oslo kommune i barnevernssaker. Fra 2018 har hun vært en del av konsultasjonsteamet ved Statens Barnehus Oslo.
Tidligere har Vestrheim jobbet som advokat i advokatfirmaet Salomon Johansen AS. Der jobbet hun i hovedsak med barnerett, barnevernsrett og helserett, men hun hadde også oppdrag som forsvarer og bistandsadvokat. Vestrheim har også jobbet som politiadvokat og som seniorrådgiver/advokat i Helsedirektoratet.
Vestrheim er sensor og veileder ved Universitetet i Oslo, og hun er medlem av fagutvalget for barnerett ved Juristenes utdanningssenter.
