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이후 헌법재판소 연구관, 울산지방법원 부장판사, 사법연수원 교수, 서울중앙지방법원 부장판사, 서울서부지방법원 부장판사, 서울남부지방법원 부장판사를 역임하면서 각급 법원에서 다양한 재판업무를 골고루 담당했다.
2019년 서울중앙지방법원 형사부 재판장으로 재임 시 비트코인을 재물로 보기는 어렵지만 사기죄의 객체인 재산상 이익에 해당한다고 보아 유죄를 인정함으로써 비트코인을 재산적 가치가 있는 디지털 전자정보로서 재산범죄의 객체가 된다고 처음으로 판단한 판결을 하기도 했다.
장애인과 여성, 아동, 난민, 이주민, 소수자 등 인권에 대한 연구와 토론을 활성화하고, 법원 내·외부의 성평등 의식 확산과 제도 보완, 성범죄 사건 심리절차 및 판단방법의 개선에 일조했다는 평가를 받아왔다.
정계선 헌법재판관은 후보자 시절 인사청문회에서 “헌법재판관으로 일할 수 있는 기회가 주어진다면 초심을 잃지 않고 우리 사회가 나아갈 방향을 모색하고 국민의 기본권을 보장하며 헌법질서를 수호하는 데 모든 노력을 다하겠다”고 말했다.
