Ministre délégué à l'Enseignement professionnel du 27 mars 2000 au 6 mai 2002 (2 ans 1 mois et 9 jours). Sous la Présidence de Jacques Chirac et du Gouvernement Lionel Jospin
Sénateur de l'Essonne du 1er octobre 2004 au 7 janvier 2010 (5 ans 3 mois et 6 jours)
Président, puis coprésident du bureau national du Parti de gauche du 1er février 2009 au 22 août 2014 (5 ans 6 mois et 21 jours)
Député européen (élu dans la circonscription Sud-Ouest). En fonction depuis le 14 juillet 2009 (7 ans 3 mois et 28 jours) sous le groupe politique GUE/NGL

Il intègre la loge franc-maçonne Roger Leray du Grand Orient de France (GODF) où il a comme thèmes de prédilection l'idéal républicain et la défense de la laïcité. Amer, il reste franc-maçon mais de manière peu assidue, sans s'impliquer fortement dans les affaires internes du GODF et refusant de participer aux « fraternelles parlementaires » qu'il dénonce comme étant de son point de vue une « déviance grave, un attentat contre la République »
Les 22 et 23 avril 1998, il va à l'encontre de la position du parti et est l'unique sénateur du groupe socialiste à voter respectivement contre le projet de loi d'intégration de la Banque de France au système européen de banques centrales et contre la résolution sur le passage à l'euro. À la suite de cela, il est sanctionné comme cinq autres parlementaires, par le bureau national du Parti socialiste et reçoit du premier secrétaire François Hollande, une lettre de blâme.
Jean-Luc Mélenchon et ses collègues du courant de la Gauche socialiste s'opposent les mois suivants au traité d'Amsterdam qu'ils critiquent notamment pour l'absence de gouvernement économique et le manque d'avancée vers l'Europe sociale. Selon eux, cela constitue une menace pour le modèle social français et ne peut mener qu'à « de graves risques sociaux, économiques, dangereux pour la démocratie »
En mars 2000, il accepte de participer au gouvernement de Lionel Jospin comme ministre délégué à l'Enseignement professionnel
Après le référendum interne au Parti socialiste sur le projet de traité établissant une Constitution pour l'Europe et la victoire du oui, il enfreint les consignes de son parti et fait campagne aux côtés de Marie-George Buffet (PCF), Olivier Besancenot (LCR) et José Bové (Confédération paysanne) lors de meetings communs pour un non de gauche
Le PS se rapproche du Centre. S'estimant trop éloignés de cette tendance au point qu'il ne soit pas utile de prendre part au Congrès, lui et Marc Dolez font part de leur décision, « par fidélité à leurs engagements » et dans un souci d'indépendance d'action, de quitter le Parti socialiste, pour créer un nouveau mouvement « sans concession face à la droite »
Le PG est officiellement fondé le 1er février 2009 lors du Congrès de Limeil-Brévannes, en présence de quelque 600 délégués venus de tous les départements dans lesquels des comités du parti se sont formés. Jean-Luc Mélenchon est élu président du bureau national, puis coprésident de ce parti (en binôme avec Martine Billard) lors du congrès du Mans en novembre 2010.
Est élu député européen le 14 juillet 2009
Présidentielle 2012 : Au cours de sa campagne, Jean-Luc Mélenchon tient de nombreux meetings qui connaissent de vrais succès d'affluence. Il rassemble jusqu'à 120 000 personnes, lors d'une « marche pour la Sixième République » organisée place de la Bastille, à Paris, le 18 mars. le Front de gauche réunit 23 000 personnes lors de son meeting à Lille. La semaine suivante, après deux meetings en salle comble à Vierzon et Limoges, il réunit près de 70 000 personnes place du Capitole à Toulouse et près de 120 000 au Prado à Marseille le 14 avril
À l'issue de la présidentielle, il se présente aux élections législatives dans la onzième circonscription du Pas-de-Calais afin, selon lui, de « faire barrage » à Marine Le Pen
Il annonce le 5 juillet 2015 qu’il entend être candidat à l'élection présidentielle de 2017 sous le mouvement la France insoumise

6ème République : Melenchon veut être le dernier président de la 5e République et se destituer sitôt qu’une Assemblée constituante, élue pour changer de fond en comble la Constitution, ait aboli la monarchie présidentielle et restauré le pouvoir de l’initiative populaire. La 6e République commencera et ce sera une refondation de la France elle-même.
Partage des richesses : La France n’a jamais été aussi riche. Il est donc temps de se donner les moyens de partager tout autrement les richesses que le travail de chacun produit. Protégeons de la finance les salariés et la production en France.
Planification écologique : La transition énergétique est vitale ! Mais l’exigence écologique ne peut être réduite à des proclamations et des mesures qui épargnent le système. Il s’agit de répondre ici et maintenant à l’intérêt général humain face au dérèglement climatique. Ce grand changement doit modifier tous les compartiments de la vie de notre société par une planification écologique.
Sortir des traités européens : Qui font obligation de mener des politiques d’austérité, sans action de l’État ni investissements publics. Tout cela au prétexte d’une dette dont tout le monde sait qu’elle ne peut être payée dans aucun pays.
Paix et indépendance : Nous ne devons plus être à la remorque des folies impériales des États-Unis et de leur outil de tutelle militaire : l’OTAN. Notre vocation est à l’ONU et dans la coopération privilégiée avec les pays émergents. Notre ancrage est en Méditerranée et avec les peuples francophones du continent africain, là où va se façonner l’avenir.
Progrès humain : Education, santé, sport, culture, sciences sont les aliments du progrès humain personnel. Mais la marchandisation et le taux de profit dominent tout. Un projet de vie humaine est mieux réussi par les bonheurs simples qui viennent de ce genre de préoccupations plutôt que par la grotesque course à l’accumulation.
Aux frontières de l'humanité : La France est le deuxième territoire maritime du monde, et la deuxième nation pour la cotisation individuelle à la conquête de l’espace ! Voilà qui fait de nous un peuple qui a une responsabilité particulière, enthousiasmante, aux frontières de l’humanité ! Ici se trouvent deux immenses gisements d’emplois, d’inventions et de progrès écologiques pour la France et la civilisation humaine.