I desember 2012, etter at han hadde gått av som statsråd, åpnet Solheim for å representere Arbeiderpartiet i fremtiden. Han signaliserte senere sin støtte til Miljøpartiet De Grønne og var aktiv som strategisk rådgiver for partiet i valgkampen i 2015. I 2019 kunngjorde han at han hadde meldt seg inn i MDG og forklarte at det hadde vært en gradvis prosess, som også var påvirket av sønnen som hadde vært med i partiet i flere år. Solheim uttalte at han skal hjelpe MDG med «råd og vink» og fremhevet betydningen av å samarbeide med næringslivet.