1984 schied er aus der Bezirksverordnetenversammlung und wurde Bezirksstadtrat für Volks bildung und Kultur in Berlin-Tempelhof. Dieses Amt legte er nach seiner Wahl in das Abgeordnetenhaus von Berlin nieder. Dort wurde er stellvertretender Vorsitzender und ab 1999 Vorsitzender der Fraktion .
Nachdem die SPD die Große Koalition in der Folge des Berliner Bankenskandals aufkündigte wurde Wowereit am 16. Juni mit den Stimmen der SPD der PDS und der Grünen als Nachfolger von Eberhard Diepgen zum Regierenden Bürgermeister von Berlin gewählt. bildete bis zu den Neuwahlen einen Senat aus SPD und Grünen der von PDS toleriert wurde.
Seit Januar 2002 steht er einer Koalition aus SPD PDS vor.
Bekanntheit über die Stadtgrenzen hinaus errang Wowereit durch sein öffentliches Coming Out als Homosexueller vor seiner Nominierung für die Neuwahlen und sein Zitat Ich bin schwul und das ist auch so!. Er ist somit der erste sich homosexuelle Ministerpräsident eines deutschen Bundeslandes.
Bei den Neuwahlen am 21. Oktober wurde die Berliner SPD erstmals seit 30 stärkste Kraft während die CDU unter Spitzenkandidat Frank Steffel erdrutschartige Verluste hinnehmen mußte. Die übrigen waren Gregor Gysi für die PDS Günter Rexrodt für die FDP und Sybill Klotz die Grünen.