Lutzenberger nimitettiin Brasilian ympäristöministeriksi vuonna 1990. Hän pyrki kääntämään hallituksen suuryhtiöiden etuja suosivaa linjaa ja joutui riitoihin muun muassa maan asevoimien ja metsähallituksen kanssa. Hän sai Amazonin alueelle perustettua yanomami-intiaaneille suuren suoja-alueen. Maaliskuussa 1992, kolmisen kuukautta ennen Rio de Janeiron ympäristökokousta, Lutzenberger erosi ministerin tehtävistä. Hän jatkoi ympäristönsuojelutoimintaansa Gaia-ryhmän parissa.