Im Jahr 2004 wurde er in den Ständerat gewählt. Dort war er in der Finanzkommission, in der Kommission für soziale Sicherheit und Gesundheit, Präsident der Sicherheitspolitischen Kommission, in der Finanzdelegation, in der Redaktionskommission und in der Delegation bei der parlamentarischen Versammlung des nordatlantischen Verteidigungsbündnisses. 2011/12 war Altherr Präsident des Ständerates,[1] 2012/2013 folgte Filippo Lombardi.
Während seiner Präsidialzeit liess Altherr im Ständeratssaal zwei Fahnen aufstellen, eine Schweizerfahne und eine Fahne seines Kantons Appenzell Ausserrhoden.[2] Er begründete damit eine Tradition, die von seinen Nachfolgern weitergeführt wurde.
Hans Altherr. Kandidatur Ständeratswahlen vom 23. Oktober 2011. In: Wahlplattform Smartvote. Politools – Political Research Network, abgerufen am 1. November 2011.