2003年11月、第43回衆議院議員総選挙に民主党公認で滋賀3区から出馬し、自由民主党公認の宇野治を破り初当選する（宇野も比例復活）。2005年9月の第44回衆議院議員総選挙では小泉旋風をかわし、266票差で再選（宇野は比例復活）。2009年8月の第45回衆議院議員総選挙では、自民党の宇野に比例復活を許さず、3選。同年9月、鳩山由紀夫内閣で国土交通大臣政務官に任命される。なお、衆議院議員に当選後、JR西労組からの献金の記載漏れが見つかった。三日月の事務所は「献金に違法性はなく、政務官の職務も中立に遂行している。しかし、JRを所管する国土交通政務官の立場で、あらぬ疑いを抱かれるのは本意ではないため、献金の返還と今後の受け取りの自粛をしたい」とコメントした。2010年6月、菅内閣で国土交通副大臣に昇格した。同年9月、菅第1次改造内閣発足により退任し、民主党国会対策筆頭副委員長に就任。2011年9月、民主党税制調査会副会長に就任。2012年6月より裁判官訴追委員会第二代理委員長。同年12月の第46回衆議院議員総選挙では、滋賀3区で自民党新人の武村展英に敗れるが、重複立候補していた比例近畿ブロックで復活し、4選。2013年1月より社会保障と税の一体改革調査会事務局長。同年9月、民主党副幹事長及び国会対策委員長代理に起用される。
滋賀県大津市出身。大津市立日吉台小学校、大津市立日吉中学校、滋賀県立膳所高等学校、一橋大学経済学部卒業。中学・高校時代は生徒会の会長を務め、一橋大在学中は財政学の石弘光教授のゼミナールに所属していた。1994年、JR西日本に入社し、地方勤務を希望して広島支社配属。岩国駅で駅員として改札口に立つなどしたのち、1995年に阪神・淡路大震災の支援業務を希望して新長田駅及び神戸駅の仮駅舎で2ヶ月間勤務した。その後、辞令を受けて運転士免許を取得し、1996年8月から一人乗務となった。JR西日本では労務、人事部門を歩むことを希望していたため、経験を積むことを目的として広島運転所の運転士となり、山陽本線岡山駅・徳山駅間の運転や、組合員との話し合いを行うなどした。これには、多数派の組合に所属する運転士が少なく、数年前にはストライキも発生していた広島運転所への配属に反対する人事課長へ直談判に行って認められた経緯がある。研修後は広島支社営業課営業スタッフ、本社総合企画本部グループ経営推進室勤務を経て、1999年から西日本旅客鉄道労働組合中央本部青年女性委員長及び日本鉄道労働組合連合会青年・女性委員会議長を務め、選挙活動にも従事した。2002年にJR西日本を退社し、松下政経塾に入塾する（第23期生）。
日本の近代洋画を中心に6,500点を超えるコレクションを有している。松本竣介（1912～48年）と野田英夫（1908～39年）のコレクションに関しては日本最大で、松本竣介を中心とした「人脈」に注目し、師弟・同グループ・友人・影響関係などのつながりのある作家の作品を収集するユニークなコレクションを形成している。代表的な収蔵作品に、松本竣介《街》（1938年）、《運河風景》（1943年）、野田英夫《都会》（1937年）などがある。その他に、ピカソ、ミロ、ルオー、ベン・シャーンらの西洋美術、藤島武二のエスキース、難波田龍起・史男・紀夫、清水登之らのまとまったコレクションを所蔵、展示しており、地方都市の私立美術館としては比類ない充実度を誇る美術館である。
同市出身の実業家である大川栄二が40年間かけて集めたコレクションが展示されている。1988年に開館。建物は、元第一勧業銀行社員寮を松本莞（松本竣介子息）の設計により増築・改装したもので、山の中腹に斜面に沿って建つスキップフロア方式。
講談社の100%出資子会社。WEBサイトを中心とした出版の確立をめざし、2010年9月15日に「最前線」を開設。2011年9月21日には新レーベルの「星海社新書」が創刊された。講談社編集者の太田克史が副社長を務める。2015年2月25日の株主総会をもって杉原幹之助が代表取締役社長を退任、2代目社長は藤崎隆。
市内線内では従来、磁気カード回数券「トラムカード」（販売額2000円で2300円分利用できるカードと販売額1900円で2200円分利用できるカードがあった）を発売していたが、市内のバス路線や2006年（平成18年）に開業した軌道線富山ライトレール線とは互換性がなかった。市内公共交通の共通乗車システムの構築を模索していた富山市は、環状線復活事業とあわせて全市内線をICカード対応化することを決定、システム整備支援費を2009年（平成21年）度予算案に計上した。2010年（平成22年）2月、カードの名称が「ecomyca（えこまいか）」に決定、17両の軌道線車両および3編成の環状線用車両すべての車両にカードリーダが導入された。同年3月14日の始発から軌道線全線で利用が開始された。ecomycaは富山ライトレール線で先行導入されていたICカード 「passca（パスカ）」と相互利用が可能で、環状線（セントラム）と他の系統を乗り換える際の乗継割引も自動で適用される。ICカードの利用開始に伴い従来の磁気式の「トラムカード」は販売終了し、トラムカードにあったプレミア分は、ecomyca利用時に運賃が170円に割り引かれるという形で引き継がれた。2011年（平成23年）3月5日よりバス路線にも拡大導入され、2012年（平成24年）3月17日には、富山地方鉄道の鉄道線でも利用可能となった。これにより、JR線以外のほぼすべての公共交通が一枚のカードで利用可能となった。富山市内の交通系ICカード（えこまいか、パスカ）の特徴としては、公共交通の利用促進策として、軌道系交通（市内電車・富山ライトレール）を一日4回以上利用すると4回目以降が自動的に無料となる「オート1dayサービス」のほか、市街地との相互発展を支援する機能として、ICカードを利用して公共交通で市街地の加盟店（約100店舗）を訪れて買い物をし、ICカードのチャージ分で支払いをすると、その金額に応じてICカードにチャージ可能なポイント券が付与されるというキャッシュバックサービスが付加されている。