Za svého působení v této funkci se stal jedním z nejhlasitějších odpůrců Bushovy domácí i zahraniční politiky, ať už se jednalo o kritiku republikánského omezení studentských půjček, stálé snižovaní daní či americkou účast v Iráku. Jako guvernér vyvíjel aktivní ekologickou politiku (podařilo se mu zachránit 1 600 km² půdy před developery) a prosazoval opatření na ochranu životního prostředí. V říjnu 2006 podepsal výkonné nařízení zakazující kouření ve všech vládních budovách a státních automobilech, v březnu 2009 pak zákon zakazující kouření i v restauracích a barech. Virginie se tak stala prvním jižanským státem s těmito pokrokovými opatřeními. V roce 2007 zajistil Kaine desetiprocentní nárůst platů pro zaměstnance pracující v pečovatelských službách. Do zdravotnického sektoru navrhl investovat 42 000 000 dolarů.