Castro ble statsminister i januar 1959 etter Den cubanske revolusjonen, da 26. juli-bevegelsen styrtet Fulgencio Batista, og omgjorde i løpet av perioden 1959–1965 Cuba til den første sosialistiske stat på den vestlige halvkule. Han var statsminister frem til 1976, og overtok deretter vervet som Cubas president. På Cuba gjennomførte han en radikal jordreform og kollektivisering av landbruket og nasjonalisering av bedrifter, bekjempet analfabetisme gjennom en vellykket alfabetiseringskampanje og bygget ut et gratis helsetjeneste- og utdanningssystem. Samtidig har han blitt kritisert for å bryte menneskerettighetene og for dårlig økonomisk politikk. 31. juli 2006 overga Fidel Castro presidentembetet midlertidig til sin bror, visepresident Raúl Castro, etter at en alvorlig tarmlidelse tvang ham til sykesengen. Castro var da den statslederen i verden som hadde sittet lengst ved makta. 19. februar 2008 kunngjorde han via partiavisen at han ikke tok gjenvalg som president. Nasjonalforsamlingen valgte Fidels bror Raul Castro som ny president. Han fortsatte som førstesekretær i kommunistpartiet fram til han trakk seg i april 2011.