Den 14. juni 2017 ble han valgt inn med 57 stemmer for, 50 mot og 47 avholdende. Han ble Irlands yngste Taoiseach (regjeringssjef), og den første åpent homofile. Han ble også den første irske regjeringssjefen med halvt indisk bakgrunn. Videre var det første gang en regjeringssjef fra partiet Fine Gael ble avløst av en representant for samme parti. Det første Varadkar gjorde etter tiltredelsen var å utlyse en folkeavstemning om abort, og å sette som mål at Irland skulle kutte karbonutslippene og tegne opp et veikart for lavkarbonøkonomi.