Candidat à l'élection présidentielle de 2009, soutenu par les principaux partis « réformateurs », il est battu par Mahmoud Ahmadinejad. Le scrutin est contesté par des centaines de milliers de personnes qui manifestent durant plusieurs semaines ; Mir Hossein Moussavi est considéré comme le leader de cette révolte qui a engendré plusieurs dizaines de morts et d'exécutions. Depuis février 2011, il est assigné à résidence par les autorités iraniennes, et n'a jamais été jugé.