2004. aastal valiti ta Euroopa Parlamendi liikmeks. Ta kogus rekordilise häältesaagi (173 389 häält, mis moodustas üle 22% valimisringkonna häältest). 2009. aasta valimistel püstitas ta 393 117 häälega (42% häältest) uue rekordi ning valiti ka Euroopa Parlamendi järgmisse koosseisu.
14. juulil2009 valiti Buzek 555 poolthäälega Euroopa Parlamendi presidendiks. Ta on esimene idablokist pärit europarlamendi president. Valimiskampaaniat ega sisulisi valimisi ei toimunud, sest konservatiivid ja sotsiaaldemokraadid, kellel kahe peale on Euroopa Parlamendis absoluutne enamus, leppisid omavahel kokku, et viieaastase perioodi esimesel poolel juhib Euroopa Parlamenti Buzek ja teisel sotsiaaldemokraat Martin Schulz.