민주노총 초대 위원장(1995 ~ 97년)을 역임했다. 1997년 국민승리 21, 2002년 민주노동당 후보로 대통령 선거에 출마했다. 2000년부터 민주노동당 대표로 활동했으며, 2004년 17대 국회의원으로 당선되었다. 2004년 국회 남북관계발전 특별위원회 위원과 국회 통일외교통상위원회 위원이 됐고. 2005년에는 한-중 의원 친선협회 부회장을 지내기도 했다.

2006년 민주노동당 의원단 대표를 지내기도했고, 한반도 평화와 통일을 실천하는 의원모임에 참여하여 대표가 되기도 했다. 한편 노무현 정부의 한미 FTA 추진을 적극 반대하여, 한-미 FTA를 연구하는 의원모임에도 참여하여 공동대표가 되었고, 한미 FTA 졸속타결 반대 운동에도 동참하였다. 또한 한미 FTA 비상시국회의 공동대표를 지내기도 했다.

2004년부터 2008년, 2009년 세 차례에 걸쳐 시민단체의 국정감사 참관때, 국정감사 NGO 모니터링단 우수국회의원상을 수상하였고, 2009년에는 경제정의실천시민연합 주최 국정감사 우수 국회의원에 선정되기도 했다. 18대 국회에서 그는 국회 교육과학기술위원회 위원이 되었고, 2010년 국회 운영위원회 위원이 되었으며 그해, 민주노동당 원내대표를 지냈다. 또한 북한대학원대학교 초빙교수, 국회 호민관클럽 공동대표 등에 선임되기도 했다.

2012년 대한민국의 대통령 선거의 예비 후보로 입후보하기 위해 김두관이 경상남도지사직을 사퇴하자, 권영길은 경상남도지사 보궐선거에 입후보하였다. 이어 민주통합당 측에서 후보자를 내지 않고, 야권 후보단일화를 함에 따라 권영길은 범 야권 경상남도지사 후보가 되었으나 12월 19일의 선거에서 2위로 홍준표에게 밀려 패하였다.

이석기 의원 사건으로 진보 진영이 뒤숭숭할 무렵이었던 2013년 9월 10일, 그는 정계 은퇴를 전격 선언하였다. 그는 "지금 진보 정당은 사실상의 사망 선고를 받은 것과 다름없다"라고 언급하였으며, 다시는 정당 정치에 들어서지 않고 시민운동에 종사하겠다고 말했다. 2013년 9월 10일 사단법인 권영길과 나아지는 살림살이 창립 후 이사장 재임중이다.