竞选立法委员。1992年首次当选立委，之后连续当选第2届～第10届立法委员，也曾担任民主进步党立法院党团干事长。2004年民进党在第六届立法委员选举中受挫，陈水扁辞去党主席职位，柯建铭担任代理主席。2011年3月11日因民主进步党主席蔡英文宣布参选2012年总统党内初选，指定担任民进党立院党团总召的柯建铭代理党主席职务。2012年当选第8届民主进步党不分区立法委员。2016年转战新竹市选举区，最终以一万多余票的差距，击败中国国民党郑正钤及时代力量邱显智，成功当选第9届中华民国立法委员。2020年，当选第