Solhjell var nestleder i Sosialistisk Ungdom fra 1992 til 1994. Deretter ble han politisk rådgiver for SVs stortingsgruppe. Han har vært sentralstyremedlem i Sosialistisk Venstreparti og var partisekretær i SV fra 2002 til 2005. Han ble valgt til nestleder i partiet 25. mars 2007. Valget skjedde under en kampvotering på partiets landsmøte, der Solhjell fikk 114 stemmer og motkandidaten Ingrid Fiskaa 90 stemmer.