Ceisiodd ddod yn ymgeisydd dros y Democratiaid i Arlywyddiaeth yr Unol Daleithiau yn 1988 a 2008 ond ni lwyddodd ennill yr enwebiad. Yn Ebrill 2019, cyhoeddodd Biden ei fod yn ymgeisio am yr Arlywyddiaeth yn 2020, ac ym Mehefin 2020 sicrhaodd ddigon o enwebiadau y tro hwn i ddod yn ymgeisydd y Democratiaid.[1] Ar 11 Awst, dewisodd y Seneddwr Kamala Harris o Galiffornia fel ei bartner yn y ras.[2]
Oherwydd y pandemig coronafirws anogwyd pleidleiswyr Democrataidd i bleidleisio yn gynnar a drwy'r post neu 'dropbox' yn hytrach nac ar y diwrnod. I'r gwrthwyneb, anogodd yr Arlywydd Trump ei gefnogwyr i bleidleisio yn y cnawd gan ddrwgdybio y broses o bleidleisiau post. Mewn rhai taleithiau nid oedd hawl cyfreithiol i gyfri'r papurau pleidleisio hynny o flaen llaw. Erbyn diwrnod yr etholiad roedd miliynau o bleidleisiau i'w cyfri a cymerodd hyn drwy'r wythnos i'w cyfri a gwirio. Cyfrifwyd pleidleisiau a fwriwyd ar y diwrnod i ddechrau, ac roedd mwyafrif y rheiny ar gyfer yr Arlywydd Trump. Felly roedd Trump i weld yn arwain y ras mewn sawl talaith nes i'r pleidleisiau post gael eu cyfri. Cafwyd sawl honiad gan Trump fod y broses etholiadol yn 'llwgr' ond ni gyflwynwyd unrhyw dystiolaeth o hynny.[3]
Ar y dydd Sadwrn, 7 Tachwedd 2020, daeth cyhoeddiad am bleidleisiau a gyfrwyd yn Philadelphia, Pennsylvania. Cyfrifwyd felly fod Biden wedi ennill y dalaith gyda mwyafrif o dros 0.5% a felly sicrhau dros 270 pleidlais yn y coleg etholiadol.[4]
Erbyn Ionawr 2021, roedd Biden wedi ennill dros 81 miliwn pleidlais, y nifer mwyaf o bleidleisiau i Arlywydd yr U.D.A. mewn hanes. Cafodd Arlywydd Trump 74 miliwn pleidlais, yr ail nifer mwyaf o bleidleisiau. Roedd y niferoedd uchel yn bennaf am fod nifer fawr wedi pleidleisio drwy'r post.[5]
Mewn cyfarfod o Gyngres yr Unol Daleithiau ar 6 Ionawr 2021, y bwriad oedd casglu a chyfri'r pleidleisiau gan etholwyr bob talaith, er fod disgwyl i sawl aelod o'r Gweriniaethwyr i wrthod pleidleisiau rhai taleithiau. Yn gynharach yn y diwrnod, roedd yr Arlywydd Trump wedi annerch torf o'i gefnogwyr o flaen y Tŷ Gwyn, a'i annog i orymdeithio i adeilad Capitol Hill i brotestio mai fod yr Etholiad yn 'dwyll' ac mai ef oedd yn fuddugol. Tra fod y Gyngres yn cyfarfod, llwyddodd nifer o gefnogwyr Trump i dorri fewn a meddiannu adeilad y Capitol, gan falurio swyddfeydd y Seneddwyr. Symudwyd y gwleidyddion a'i staff i lefydd diogel. Bu farw un fenyw yn y gwrthdaro gyda'r heddlu a thri person arall o “argyfyngau meddygol”.[6]
Yn ddiweddarach, wedi i'r heddlu a swyddogion arfog gael y sefyllfa dan reolaeth, dychwelodd y gwleidyddion i'r Gyngres, gan gyfri gweddill y pleidleisiau a chymeradwyo etholiad Joe Biden fel yr Arlywydd nesaf.[7]
Etholiad 2024
Ar 21 Gorffennaf 2024, cyhoeddodd Biden ei fod yn tynnu'n ôl o'r etholiad arlywyddol. Cymeradwyodd yr Is-Arlywydd Kamala Harris yn ei le fel ymgeisydd y Blaid Ddemocrataidd yn yr etholiad.[8]