Efter att David Cameron tillkännagav sin avgång som premiärminister den 24 juni 2016 som följd av resultatet i folkomröstningen om Storbritanniens fortsatta EU-medlemskap, tillkännagav May att hon skulle ställa upp i det Konservativa partiets ledarskapsval. Hon blev snabbt en toppkandidat till posten som ny partiledare. May vann den första och andra omröstningen med en bred marginal och skulle möta toppkonkurrenten Andrea Leadsom i en avgörande omröstning. Leadsom drog emellertid tillbaka sin kandidatur från ledarskapsvalet den 11 juli 2016, varpå May utsågs till partiledare för Konservativa partiet samma dag. Två dagar senare utsågs hon även till Storbritanniens premiärminister av drottning Elizabeth II. Som premiärminister har hennes regering primärt fokuserat på Storbritanniens utträde ur Europeiska unionen.