Au , ce gouvernement compte trente-trois membres : le Premier ministre, deux ministres d'État, quatorze ministres de plein exercice, neuf ministres auprès d'un ministre et huit secrétaires d'État.
Ministre auprès du Premier ministre, chargé des Relations avec le Parlement : Patrick Ollier.
Ministres auprès d'un ministre
Ministre auprès de la ministre de l’Économie, des Finances et de l’Industrie, chargé de l’Industrie, de l’Énergie et de l’Économie numérique : Éric Besson.
Ministre auprès de la ministre d'État, ministre des Affaires étrangères et européennes, chargé de la Coopération : Henri de Raincourt.
Ministre auprès du ministre de l'Intérieur, de l’Outre-Mer, des Collectivités territoriales et de l’Immigration, chargé des Collectivités territoriales : Philippe Richert.
Ministre auprès de la ministre d’État, ministre des Affaires étrangères et européennes, chargé des Affaires européennes : Laurent Wauquiez.
Ministre auprès du ministre du Travail, de l’Emploi et de la Santé, chargée de l’Apprentissage et de la Formation professionnelle : Nadine Morano.
Ministre auprès du ministre de l’Intérieur, de l’Outre-Mer, des Collectivités territoriales et de l’Immigration, chargée de l’Outre-Mer : Marie-Luce Penchard.
Secrétaires d'État
Secrétaire d'État auprès de la ministre de l’Économie, des Finances et de l'Industrie, chargé du Commerce extérieur : Pierre Lellouche.
Secrétaire d'État auprès du ministre du Travail, de l’Emploi et de la Santé, chargée de la Santé : Nora Berra.
Secrétaire d'État auprès de la ministre de l’Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement, chargé du Logement : Benoist Apparu.
Secrétaire d'État auprès du ministre du Budget, des Comptes publics, de la Fonction publique et de la Réforme de l’État, chargé de la Fonction publique : Georges Tron.
Secrétaire d'État auprès de la ministre des Solidarités et de la Cohésion sociale : Marie-Anne Montchamp.
Secrétaire d'État auprès de la ministre de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement, chargé des Transports : Thierry Mariani.
Secrétaire d'État auprès de la ministre de l’Économie, des Finances et de l’Industrie, chargé du Commerce, de l’Artisanat, des Petites et Moyennes entreprises, du Tourisme, des Services, des Professions libérales et de la Consommation : Frédéric Lefebvre.
Secrétaire d'État auprès du ministre de l’Éducation nationale, de la Jeunesse et de la Vie associative, chargée de la Jeunesse et de la Vie associative : Jeannette Bougrab.
Le , lors de sa déclaration de politique générale, le Premier ministre obtient la confiance de l'Assemblée nationale par 326 voix pour, 226 contre et 3 abstentions[7].
Détails du vote sur la déclaration de politique générale du 24/11/2010
Le , à la suite de polémiques autour de son attitude lors de la révolution tunisienne, la ministre d’État, ministre des Affaires étrangères et européennes Michèle Alliot-Marie démissionne. Elle est remplacée par Alain Juppé, jusque-là ministre d’État, ministre de la Défense et des Anciens combattants[9].
François Baroin devient ministre de l'Économie, des Finances et de l’Industrie en remplacement de Christine Lagarde. Il est lui-même remplacé par Valérie Pécresse au poste de ministre du Budget, des Comptes publics et de la Réforme de l'État. Il est remplacé par François Sauvadet au poste de ministre de la Fonction publique.
Laurent Wauquiez devient ministre de l'Enseignement supérieur et de la Recherche, à la suite du changement de ministère de Valérie Pécresse, tandis qu’il est lui-même remplacé par Jean Leonetti au poste de ministre des Affaires européennes.
Thierry Mariani, secrétaire d'État aux Transports, devient ministre auprès de la ministre de l'Écologie, du développement durable, des transports et du logement sans changer de fonction ministérielle.
Claude Greff, David Douillet et Marc Laffineur entrent au gouvernement, respectivement comme secrétaire d'État chargée de la Famille, secrétaire d'État chargé des Français de l’étranger et secrétaire d'État auprès du ministre de la Défense et des Anciens combattants.
Le , François Fillon présente la démission du Gouvernement[16]. Le Président de la République met donc fin à ses fonctions de Premier ministre (Constitution française du , art. 8). Toutefois, le gouvernement expédie les affaires courantes jusqu'à la nomination d'un nouveau Premier ministre par le nouveau Président de la République.
Il s'agit de la première fois qu'un gouvernement français est nommé un dimanche. Le remaniement de et l'ajustement de ont également lieu un dimanche.
Il est le premier qui, en son sein et jusqu'au remaniement du , comporte deux conjoints : Michèle Alliot-Marie, ministre d'État, ministre des Affaires étrangères et européennes, ainsi que son compagnon Patrick Ollier, ministre auprès du Premier ministre, chargé des Relations avec le Parlement[20],[21].
Le changement de gouvernement (appelé abusivement « remaniement » puisqu'il a été précédé d'une démission du Premier ministre et donc de l'ensemble du gouvernement, même si son chef a été reconduit dans ses fonctions) s'accompagne en parallèle par des changements à la tête de l'UMP[22], à l'Assemblée nationale (deux nouveaux présidents de commission[23] et une nouvelle présidence du groupe parlementaire majoritaire[24]), dans la haute fonction publique[25] et au sein du cabinet du président de la République[26].
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