Astrup ble nestleder i Oslo Høyre i 2008 og innvalgt på Stortinget i 2009. Dette skjedde etter en forholdsvis mye omtalt nominasjonsrunde hvor Inge Lønning i tur tapte gjennominasjon mot Michael Tetzschner på 3.-plass og Astrup på 4.-plass. En annen utfordrer til Astrups plass på listen var Afshan Rafiq. Astrup ble valgt til leder av Oslo Høyre i 2012, et verv han hadde frem til han ble statsråd i 2018. Han ble etterfulgt av Heidi Nordby Lunde. På Stortinget var Astrup også medlem av Stortingets delegasjon til parlamentarikerkomiteene i EFTA og EØS.