1994. aastal oli ta üks partei Forza Italia asutajaid. 2009. aastal, kui Forza Italia tegevuse lõpetas, astus ta Vabaduse Rahva parteisse. Neli aastat hiljem astus ta taasasutatud Forza Italiasse.
Aastatel 1994–2008 oli ta Euroopa Parlamendi liige ja aastatel 1999–2008 ühtlasi Euroopa Parlamendi Forza Italia delegatsiooni juht.
8. mail 2008 nimetas äsjavalitud Itaalia peaminister Silvio Berlusconi ta Euroopa Komisjoni transpordivoliniku kandidaadiks Barroso esimeses komisjonis. Selles ametis pidi ta võtma üle senise voliniku Franco Frattini rolli, sest viimasest sai Itaalia välisminister. Euroopa Parlament kiitis tema kandidatuuri heaks 18. juunil 2008. Ta oli ka Euroopa Komisjoni asepresident. Transpordivolinikuna toetas Antonio Tajani lennufirma Alitalia päästeplaani, kuid tema plaan kukkus läbi.
Barroso teises komisjonis oli Antonio Tajani tööstus- ja ettevõtlusvolinik ning üks neljast asepresidendist.
1. juulil 2014 sai temast Euroopa Parlamendi üks neljateistkümnest asepresidendist ja alates 17. jaanuarist 2017 kuni 3. juulini 2019 oli ta Euroopa Parlamendi president.