Od 2002 prezydent Jacques Chirac korzystał z jego porad w kwestiach ochrony środowiska. Złożył mu też odrzuconą przez ekologa propozycję objęcia stanowiska ministra ekologii. W 2006 był uwzględniany w sondażach prezydenckich, mimo wyników przekraczających 10% odmówił kandydowania. Zainicjował natomiast podpisanie tzw. paktu ekologicznego przez pięciu głównych kandydatów na urząd prezydenta.
13 kwietnia 2011 ogłosił w Sevran zamiar wystartowania w wyborach prezydenckich w 2012. Wziął udział w prawyborach organizowanych przez Europe Écologie-Les Verts, przegrywając 12 lipca 2011 z Evą Joly. 6 grudnia 2012 został nominowany przez prezydenta Francji François Hollande’a specjalnym wysłannikiem do spraw ochrony planety.
15 maja 2017 w nowo powołanym gabinecie Édouarda Philippe’a objął stanowisko ministra stanu oraz ministra ekologii. Pozostał na tej funkcji również w utworzonym w czerwcu 2017 drugim rządzie tegoż premiera.
28 sierpnia 2018 podczas wywiadu radiowego ogłosił swoją dymisję, krytykując brak wsparcia dla jego koncepcji reform w sferze ekologii.