Il se prononce en faveur de la candidature de Dominique Strauss-Kahn à la primaire présidentielle socialiste de 2011, puis lui apporte son soutien lorsque celui-ci est accusé d'agression sexuelle à New York. Strauss-Kahn ne pouvant se présenter, Jean-Marie Le Guen soutient par la suite François Hollande, qui en , le nomme responsable des questions de santé au sein de son équipe de campagne.