1980 wurde er Mitglied des Parlamentes und fungierte dort bis 1984 als Mitglied des Ausschusses für europäische Integration. Von 1984 bis 1985 war er Staatssekretär für parlamentarische Angelegenheiten, von 1985 bis 1986 Vorsitzender des Verfassungsausschusses des portugiesischen Parlamentes. 1986 wechselte er als Staatssekretär und Vertreter des portugiesischen Präsidenten nach Macau, bis er 1989 zurückkehrte. Von 1989 bis 1994 war er portugiesischer Verfassungsrichter. 1994 wurde er Mitglied des Europäischen Parlamentes, ging aber 1995 nach Portugal zurück, um (bis 1997) stellvertretender Premierminister und Verteidigungsminister zu werden.
Am 29. Juni 2018 wurde Vitorino zum neuen Generaldirektor der Internationalen Organisation für Migration (IOM) gewählt. Er trat damit die Nachfolge von William L. Swing an, dessen Amtszeit im September 2018 endete. Mit Vitorino wurde erst zum zweiten Mal seit deren Gründung 1951 eine Person, die kein US-Amerikaner ist, an die Spitze der Organisation gewählt. Der Kandidat der USA, Ken Isaacs, war bereits vor dem letzten Wahlgang ausgeschieden.[2]
António Vitorino ist verheiratet und hat zwei Kinder. Er hat mehrere politikwissenschaftliche Bücher geschrieben.
