W wyborach parlamentarnych w 2011 jako bezpartyjny kandydat do Senatu z ramienia Platformy Obywatelskiej uzyskał mandat senatorski, otrzymując 40 703 głosy w okręgu wyborczym nr 2. W Senacie należał do Klubu Parlamentarnego Platformy Obywatelskiej, był członkiem Komisji Praw Człowieka, Praworządności i Petycji oraz Komisji Spraw Unii Europejskiej. W wyborach parlamentarnych w 2015 nie został ponownie wybrany do Senatu, przegrywając z Jarosławem Obremskim. Później zaangażował się w działalność Komitetu Obrony Demokracji.
Postępowania karne 29 listopada 2016 został zatrzymany przez funkcjonariuszy Centralnego Biura Antykorupcyjnego wraz z grupą innych osób. Prokurator z Prokuratury Krajowej przedstawił mu dwa zarzuty dotyczące popełnienia przestępstw korupcyjnych, do których popełnienia się nie przyznał. Sąd nie uwzględnił wniosku o tymczasowe aresztowanie polityka. 28 lutego 2020 został przez sąd pierwszej instancji nieprawomocnie uznany winnym i skazany na karę wynoszącą 1 rok i 6 miesięcy pozbawienia wolności. Wyrok ten w marcu 2021 Sąd Okręgowy we Wrocławiu utrzymał w mocy. Józef Pinior uzyskał następnie możliwość wykonania tej kary w systemie dozoru elektronicznego.