במאי 2002 הזמין אובמה סקר המעריך את סיכוייו לזכות במרוץ לסנאט ב-2004; הוא הקים ועדת מסע בחירות, החל לגייס כספים ושכר את שירותיו של היועץ הפוליטי והתקשורתי דייוויד אקסלרוד עד אוגוסט. בינואר 2003 הכריז רשמית על מועמדותו לסנאט. אובמה נודע כמי שהתנגד לפלישה לעיראק שנקט ממשל בוש ב-2003 עוד בתחילתה, ונכח בשתי הפגנות נגדה בשיקגו ואף נאם בהן.