Han var også fra 5. desember 2014 til 5. januar 2020 ministerpresident i Thüringen. Ramelow var den første fra sitt parti i et embete som regjeringssjef i en tysk delstat. Ramelows regjering støttet seg på en rød-rød-grønn allianse (Die Linke, SPD og die Grünen) i Thüringens landdag.