Stoltenberg var nærings- og energiminister under Gro Harlem Brundtland 1993–1996. Han var en periode nestleder i Forum for verdiskaping. På denne tiden deltok han også i diskusjonene om energi- og oljepolitiske saker i en uformell «oljegruppe» hvor næringslivsledere og Ap-politikere møttes i regi av Finn Kristensen. I Thorbjørn Jaglands regjering (1996–1997) var han finansminister.