Ganjar awalnya tidak lolos saat mencalonkan diri sebagai anggota DPR-Ri pada pemilu 2004, akan tetapi ia menerima tugas sebagai pengganti antar waktu (PAW) untuk menggantikan rekan separtainya yang berada dalam daerah pemilihan yang sama (Jawa Tengah 7) yakni Jakob Tobing, yang ditugaskan oleh Presiden Megawati Sukarnoputri menjadi duta besar untuk Korea Selatan.
Ketika menjadi anggota DPR-RI pada periode 2004-2009, Ganjar Pranowo ditugaskan di Komisi IV yang mengawasi bidang Pertanian, Perkebunan, Kehutanan, Kelautan, Perikanan, dan Pangan. Selain itu, ia pernah ditempatkan pada Pansus (Panitia Khusus) RUU Partai Politik sebagai ketua panitia khusus, anggota Badan Legislasi DPR RI, dan Ketua Panitia Khusus tentang MPR, DPR, DPD dan DPRD di DPR RI.
Di periode keduanya sebagai anggota DPR-RI, ia ditempatkan pada Komisi II yang mengawasi bidang Pemerintahan Dalam Negeri, Otonomi Daerah, Aparatur Negara, Reformasi Birokrasi, Pemilu, Pertanahan, dan Reformasi Agraria.
Ia mulai dikenal publik karena menjadi anggota Panitia Khusus Hak Angket Bank Century sekaligus menjadi Wakil Ketua Komisi II DPR RI. Selain itu, Ia juga terpilih sebagai anggota tim pengawas rekomendasi DPR atas kasus Century dari PDI Perjuangan yang terdiri dari tiga mantan anggota Pansus Century dan sisanya adalah tokoh senior PDIP antara lain Sidarto Danusubroto, Gayus Lumbuun, Trimedya Panjaitan, dirinya dan Hendrawan Supratikno.
Ganjar maju menjadi calon gubernur dalam Pemilihan Umum Gubernur Jawa Tengah Tahun 2013, berpasangan dengan Heru Sudjatmoko yang diusung oleh Partai Demokrasi Indonesia Perjuangan atau PDIP.
Ganjar-Heru yang dikenal dengan tagline mboten korupsi mboten ngapusi (tidak korupsi tidak membohongi) ini keluar sebagai pemenang dengan total perolehan suara mencapai 48,82%. Pelantikan Ganjar sebagai gubernur dilaksanakan hari Jumat, 23 Agustus 2013 oleh Menteri Dalam Negeri Gamawan Fauzi di DPRD Jawa Tengah, Jalan Pahlawan Semarang.
