Od 2011 do 2015, w okresie prezydentury Bronisława Komorowskiego, pracował jako ekspert w Kancelarii Prezydenta RP.
W 2015 objął stanowisko sekretarza generalnego Nowoczesnej. W wyborach parlamentarnych w tym samym roku kandydował do Sejmu w okręgu kaliskim z pierwszego miejsca na liście tej partii, uzyskując mandat posła VIII kadencji.
W wyborach w 2019 z powodzeniem ubiegał się o poselską reelekcję z ramienia Koalicji Obywatelskiej w okręgu poznańskim, otrzymując 51 951 głosów. 24 listopada 2019 zastąpił Katarzynę Lubnauer na stanowisku przewodniczącego Nowoczesnej. W 2023 po raz trzeci z rzędu uzyskał mandat poselski, będąc liderem poznańskiej listy KO i zdobywając 149 064 głosy (co stanowiło trzeci wynik wśród wszystkich kandydatów na posłów w tych wyborach i drugi spośród kandydatów KO).
12 grudnia 2023 Sejm X kadencji wybrał go na urząd ministra do spraw Unii Europejskiej w trzecim rządzie Donalda TuskaUchwała Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 12 grudnia 2023 r. w sprawie wyboru w skład Rady Ministrów ().. Następnego dnia został przez prezydenta RP Andrzeja Dudę powołany na to stanowiskoPostanowienie Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 13 grudnia 2023 r.