Senator 16 października 2013 został wybrany do Senatu w specjalnych wyborach, które miały na celu wyłonienie następcy, zmarłego w tym samym roku, senatora Franka Lautenberga. 31 października 2013 objął urząd senatora II klasy. 4 listopada 2014 został wybrany na kolejną kadencję. Należał do senackich komisji senackich zajmujących się sprawami zagranicznymi, sądownictwem, małymi biznesami, przedsiębiorczością, środowiskiem i robotami publicznymi.
1 sierpnia 2017 Booker przedstawił projekt ustawy The Marijuana Justice Act o usunięciu marihuany z listy substancji kontrolowanych przez rząd federalny.
W 2008 wyróżnił się swoimi działaniami na rzecz przegłosowania ustawy o redukcji przepełnienia więzień w Stanach Zjednoczonych i podpisania jej przez prezydenta Donalda Trumpa. W tym celu prowadził mediacje między Demokratami, a Republikanami. Wyróżnił się również aktywnością w czasie przesłuchiwania kandydującego do Sądu Najwyższego Bretta Kavanaugha przed komisją.
1 lutego 2019 ogłosił swój udział w prawyborach prezydenckich przed wyborami w 2020 roku. Zrezygnował 13 stycznia 2020 z powodu niezadowalających wyników w sondażach.