I 1991 ble han innvalgt som Miljøpartiet De Grønnes første bystyrerepresentant i Trondheim. I 2003 overtok Harald A. Nissen bystyreplassen for Miljøpartiet De Grønne. Ved kommunevalget i 2007 ble både Nissen og Vindheim innvalgt i Trondheim bystyre. I 2011 ble Vindheim gjenvalgt sammen med tidligere SV-politiker Hilde Opoku. Vindheim var i denne perioden leder for byutviklingskomiteen. I 2015 ble Vindheim valgt inn i Sør-Trøndelag fylkesting, der han var gruppeleder. I 2019 ble han valgt inn i fylkestinget i det sammenslåtte Trøndelag fylke.