Han var utenriksminister i Jens Stoltenbergs andre regjering fra 2005 til 2012 og deretter helse- og omsorgsminister fra 2012 til regjeringsskiftet etter stortingsvalget i 2013. Siden 2009 har han vært innvalgt på Stortinget fra Oslo. Støre ble valgt til leder i Arbeiderpartiet i 2014 og etterfulgte da Jens Stoltenberg. Støre var statssekretær og stabssjef ved Statsministerens kontor fra 2000 til 2001.