​Alle elezioni politiche del 1987 Vendola è candidato deputato alla Camera nelle liste del PCI del Lazio. È uno dei quattro omosessuali dichiarati appoggiati dall'Arcigay e dalla rivista Babilonia. Ottiene 10.764 preferenze e non viene eletto.

L'anno dopo lascia la sua carica nella FGCI, diventando giornalista per il settimanale comunista Rinascita.
Contrario alla svolta della Bolognina promossa da Achille Occhetto nel novembre 1989, al penultimo congresso del PCI del marzo 1990 Vendola è tra i 105 dirigenti eletti nel comitato centrale per la mozione Ingrao.

​
Nel PRC accanto a Garavini (1991-1995) 
Sciolto il PCI, Vendola aderisce al Movimento per la Rifondazione Comunista e qui lavora nella prima redazione di Liberazione, il settimanale del futuro Partito della Rifondazione Comunista nel quale Vendola sarà dirigente nazionale fino al 2009, quando guiderà la scissione del Movimento per la Sinistra.
Nel 1992 è eletto alla Camera dei Deputati essendo il candidato del PRC più votato a Bari e Foggia. Da allora è rimasto alla Camera fino al 2005, quando si dimette per fare il Presidente della Regione Puglia.
Nel 1993 dentro Rifondazione è vicino alle posizioni del segretario Sergio Garavini, antagonista di Armando Cossutta.
Nel 1994 entra nella Commissione parlamentare Antimafia ed è eletto segretario.
Nel marzo 1995 è tra i garaviniani che, in dissenso con quanto deciso dal partito, votano in Parlamento in favore della manovra economica del governo Dini insieme a PDS, Lega Nord e PPI. Giorni dopo sarà proprio Vendola a nome dei dissidenti a difendere quella scelta in Comitato Politico Nazionale sostenendo che «l'affossamento della manovra economica avrebbe aperto una voragine incolmabile nella storia democratica di questo Paese». Tuttavia due mesi dopo non parteciperà alla scissione del Movimento dei Comunisti Unitari, promossa dagli altri dissidenti. In tale occasione disse che «ogni atto di separazione è un grave errore» e che «tra PDS e PRC non credo possa nascere un'altra forza politica radicata e strutturata».

Nel PRC accanto a Bertinotti (1996-2005)

Padova Pride 2002; da sinistra: Imma Battaglia, Marco Cappato e Nichi Vendola
Dal dicembre 1996 fino allo scioglimento è vicepresidente della Commissione Antimafia. Il suo impegno antimafia lo porterà più volte a essere oggetto di intimidazioni e a ricorrere alla scorta. Denunciò nel 1998 il cosiddetto verminaio Messina, che portò alle dimissioni del sottosegretario all'Interno Angelo Giorgianni.
Negli anni del governo Prodi I, Vendola sarà tra i primi sostenitori del segretario del PRC Fausto Bertinotti contro il presidente Armando Cossutta, divenendone il suo braccio destro. Di contro in quei mesi Cossutta definirà Vendola un «rivoluzionario da salotto». Vendola sarà dunque uno dei deputati di Rifondazione Comunista che ritirerà la fiducia al governo Prodi I.
Negli anni successivi Vendola sarà sempre nell'area bertinottiana del suo partito sostenendone tutte le principali scelte identitarie.
Alle elezioni europee del 2004 Vendola è candidato nel Mezzogiorno dove risulta essere il primo dei non eletti con 38.746 preferenze, in pratica il comunista più votato dopo Bertinotti. Questi infatti è stato eletto in tutte le circoscrizioni. La scelta del segretario del PRC del luogo in cui farsi eleggere è dunque decisiva. La segreteria del PRC opterà per eleggere Bertinotti in Italia centrale, ma questo suscita l'ira di Nunzio D'Erme, leader dei disobbedienti romani, il quale così non potrebbe essere eletto europarlamentare. Ne nasce una querelle Bertinotti non comunicherà la sua scelta in tempo, per cui il Tribunale agirà d'ufficio per sorteggio: il segretario del PRC è eletto proprio in Italia meridionale e Vendola è costretto a ritirare le sue già annunciate dimissioni dalla Camera.
Tre mesi dopo il PRC decide di proporre Vendola candidato unico del centrosinistra alla presidenza della regione Puglia.

​
Presidente della Regione Puglia
Per approfondire, vedi la voce Elezioni regionali italiane del 2005 (Puglia).
Nel 2005 viene scelto a sorpresa, tramite le elezioni primarie del 16 gennaio, come candidato della coalizione L'Unione alla presidenza della Regione Puglia, sconfiggendo l'economista Francesco Boccia con 40.358 voti (50,9%) contro le 38.676 (49,1%) preferenze ottenute dal suo avversario.
Vince le elezioni regionali del 3 e 4 aprile ottenendo il 49,84% dei consensi contro il 49,24% di Raffaele Fitto, candidato del centrodestra e presidente uscente. Vendola vince sostenuto da tutto il centrosinistra, ma l'Italia dei Valori e il PdCI, pur restando in maggioranza, non entrano a far parte della giunta regionale.
Nel febbraio del 2009 la Procura di Bari mette sotto accusa l'assessore socialista alle Politiche della Salute Alberto Tedesco (PD), che si dimette subito dall'incarico[49]. Per altre irregolarità emerse sulla gestione della Sanità pubblica, risulta indagato anche il Vicepresidente della Regione Puglia Sandro Frisullo (PD), che d'intesa con Vendola, lascia l'incarico di Vice Presidente della Regione, si autosospende da consigliere regionale e annuncia di voler rinunciare ad ogni incarico politico e pubblico. Anche Vendola risulta indagato per avere esercitato pressioni relative alle nomine di alcuni Dirigenti della Sanità Pugliese, ma il G. I. P. archivia la sua posizione non ritenendo vi siano profili "penalmente rilevanti".
Fra le iniziative promosse dalla regione Puglia durante i governi Vendola vi sono l'Apulia Film Commission, che ha visto la realizzazione dei cineporti di Bari e Lecce, e la Puglia Sounds. I due enti hanno il compito di promuovere l'industria cinematografica e quella musicale nella regione dando un'opportunità di lavoro ai giovani artisti pugliesi e non.
Negli ultimi cinque anni la regione Puglia è diventata la prima regione italiana per produzione di energie rinnovabili (eolica e solare), è stata anche la prima regione in Italia a dotarsi di un piano energetico ambientale e di un sistema di regole che ha favorito lo sviluppo delle fonti alternative. Durante il mandato di Vendola, la Sanità della Regione Puglia ha però visto crescere a dismisura i propri costi.
A settembre 2012 l'ISTAT rende noti i dati occupazionali e da questi si vede una Puglia che ha l'incremento più alto, tra le regioni italiane, di occupati nel secondo trimestre dell'anno rispetto ai tre mesi precedenti. Questo dato si è avuto a seguito delle misure anticicliche adottate dal governo pugliese a guida Vendola.[cioè?]
Nel frattempo è aumentato notevolmente il debito della sanità pugliese, arrivato a circa 1,5 miliardi di euro. Nel novembre 2011 Vendola ha cercato con una delibera di favorire il pagamento delle transazioni dalle Asl ai suoi fornitori, mettendo a disposizione 600 milioni delle casse della Regione, purché il tutto avvenisse entro sei mesi, trascorsi i quali però solo 200 sono stati impiegati, mentre ora gli altri 400, anziché ridurre il debito, andranno anzi ad aumentare gli interessi passivi.

​
Il VII Congresso del PRC 
« Siamo comunisti non per replicare, nei secoli dei secoli, una storia codificata, una liturgia monotona, una forma statica che contiene una verità rivelata: ma per liberarci dai fantasmi e dai feticci di un mondo che strumentalizza la vita, mercifica il lavoro, distrugge la socialità. »
(Nichi Vendola, intervento introduttivo del seminario di Rifondazione per la Sinistra, Chianciano, 24 gennaio 2009)
Dopo l'esperienza dell'Arcobaleno, al VII congresso del PRC Vendola è il primo firmatario della mozione congressuale "Manifesto per la Rifondazione", che riflettendo sulla portata della sconfitta storica subita alle elezioni dell'aprile 2008, propone una costituente per creare un nuovo partito che rappresenti l'intera sinistra con Sinistra Democratica, Unire la Sinistra e la Federazione dei Verdi. Nonostante la mozione riporti la maggioranza relativa dei consensi (47,3%), le restanti 4 mozioni si alleano per contrapporsi e fermare il progetto di superamento di Rifondazione proposto dalla mozione capeggiata da Vendola. Rimane inizialmente nel PRC, all'interno del quale si costituisce l'area Rifondazione per la Sinistra.

​

Il progetto di Sinistra Ecologia Libertà

Vendola si contrappone alla politica portata avanti dal nuovo segretario del PRC Paolo Ferrero (già Ministro della Solidarietà Sociale nel secondo Governo Prodi), che si concentra sulla volontà di riunire tutti i partiti comunisti contrapponendosi al Partito Democratico. Già nel 2005, pur continuando a definirsi "comunista", aveva espresso posizioni di distacco dalla sua formazione, dichiarando: «Io voglio mettere in discussione e bruciare la mia tradizione culturale, quella di chi non si dichiara ex, ma comunista»
Il 21 gennaio 2009, Vendola lascia il partito e dichiara di volersi impegnare in un percorso, mirante alla costituzione di un nuovo soggetto politico che riunisca le diverse anime della Sinistra italiana. Il primo passo è rappresentato dalla costituzione di un gruppo politico per le Elezioni Europee: "Sinistra e Libertà".
Alle elezioni europee del 2009 Vendola è candidato in tutte le circoscrizioni italiane con la lista di Sinistra e Libertà, ottenendo complessivamente circa 220 000 preferenze (117.753 nella circoscrizione Meridionale, 43.092 nella circoscrizione Centrale, 25.152 nella circoscrizione Nord-Occidentale, 17.015 nella circoscrizione Nord-Orientale e 16.266 nella circoscrizione Isole).
Il progetto di "Sinistra e Libertà" che ipotizza l'unione tra reduci dei DS (cosiddetto ex correntone), reduci del PRC (vendoliani), Verdi e Socialisti, non riesce a decollare, con Verdi e Socialisti che si tirano indietro e nel 2009 il partito cambia nome in "Sinistra Ecologia Libertà". A Roma, il 19 e 20 dicembre 2009, si tiene l'assemblea costituente durante la quale viene presentato il nuovo simbolo ed eletto il nuovo coordinamento nazionale; Vendola è eletto come portavoce. Al primo congresso di Sinistra Ecologia e Libertà, tenutosi nell'ottobre 2010 al Teatro Saschall di Firenze, Vendola è eletto Presidente, all'unanimità, dai 1.500 delegati del partito.
 

​Elezioni regionali del 2010
In vista delle nuove elezioni regionali del 2010, l'area dalemiana del PD chiede a Vendola di rinunciare alla ricandidatura. Tuttavia il Presidente uscente decide di ricandidarsi e i partiti della coalizione svolgono elezioni primarie. Vendola riesce ad imporsi per la seconda volta su Francesco Boccia e questa volta la vittoria è decisamente più netta rispetto al 2005 (67,24% contro 32,76%). Vendola è quindi confermato come candidato del centrosinistra alla carica di Presidente della Regione Puglia.
La vittoria di Vendola alle primarie rilancia la sua leadership e lo proietta in una campagna elettorale che vede nascere in tutta la regione "Le fabbriche di Nichi". Giovani volontari di tutta la Puglia attivano un processo di rete e partecipazione: idee, proposte, informazioni e contenuti di ogni genere nascono e si diffondono per tutta la regione, attraverso il web e le azioni sul territorio.
Nel marzo 2010 Vendola è riconfermato presidente della Puglia alle elezioni regionali che lo vedono vincitore con un ampio margine su Rocco Palese.
A sostegno della politica di Nichi Vendola si sono costituite in tutto il Mondo, circa 604 unità de La Fabbrica di Nichi. Tali "fabbriche" sono degli spazi virtuali e reali in cui i volontari vendoliani eleborano idee e programmi con l'obiettivo di attivare un processo di partecipazione. Nichi Vendola, in un'intervista rilasciata nel 2010 a la Repubblica, le definì "un cantiere per un'Italia migliore".

​
La candidatura alle elezioni primarie del centrosinistra
Per approfondire, vedi la voce Elezioni primarie del centrosinistra italiano del 2012.
Nel luglio 2010 Vendola esprime la volontà di presentare la sua candidatura alle elezioni primarie che si terranno nell'ambito del centrosinistra, per individuare il leader della coalizione che si presenterà alle successive elezioni politiche.
Il 1º agosto 2012 il leader di Sel, dopo un incontro con il segretario del Partito Democratico, Pier Luigi Bersani, ufficializza la sua candidatura alle primarie del centrosinistra per la premiership del centrosinistra. Tra gli sfidanti di Vendola: il Segretario del PD Pier Luigi Bersani (Pd), il Sindaco di Firenze Matteo Renzi (Pd), il consigliere della Regione Veneto Laura Puppato (Pd) e l'Assessore al Bilancio del Comune di Milano Bruno Tabacci (Api). Oltre al proprio partito la sua candidatura è stata sostenuta anche dal Pdci di Oliviero Diliberto. Tra i suoi sostenitori spicca anche un ecclesiastico: Don Andrea Gallo.
Nel I turno delle Elezioni primarie di Italia. Bene Comune del 2012 che si sono svolte il 25 novembre 2012 Vendola si posiziona terzo tra i 5 candidati con 485.689 voti complessivi pari al 15.6% non riuscendo ad accedere al ballottaggio che si disputerà tra Bersani e Renzi. I risultati migliori li ha ottenuti nella sua Regione Puglia, nel mezzogiorno d'Italia e a Roma e Napoli.
Il 30 novembre 2012 Vendola annuncia il suo appoggio a Pier Luigi Bersani per il 2 turno delle primarie.
Lo slogan della sua campagna elettorale è stato Oppure Vendola. Al centro del suo programma ha posto i temi sociali come lavoro, diritti civili, scuola e università pubbliche (nel programma si prevede anche l'abolizione del numero chiuso per l'iscrizione alle facoltà universitarie per le quali è previsto ciò[85]) e una forte rottura rispetto alle politiche rigoriste del governo Monti.
Il presidente pugliese ha accusato per il suo insuccesso alle primarie i mezzi di comunicazione ed i grandi gruppi editoriali perché a suo dire hanno presentato le primarie come una resa dei conti interna al Partito democratico per oscurare intenzionalmente la sua candidatura.
 

​Elezioni politiche del 2013
Alle elezioni politiche del 2013 Vendola è capolista del suo partito in tutte le regioni d' Italia per la Camera, risultando eletto per la 5° volta.