Duque fue elegido por Pedro Sánchez como ministro de Ciencia, Innovación y Universidades de su nuevo gobierno, tras el éxito de la moción de censura que el PSOE presentó contra el anterior gobierno de Mariano Rajoy (PP) en junio de 2018, convirtiéndose en el segundo astronauta en ocupar un ministerio en el mundo, tras el canadiense Marc Garneau.