טרם כניסתו לפוליטיקה עבד פריור כעורך דין פרטי המתמחה בליטיגציה של דיון אזרחי. בשנת 1990 נבחר לבית הנבחרים של ארקנסו מטעם מחוז הבחירה ה-59. הוא כיהן בבית הנבחרים המדינתי עד 1995, ובשנתיים האחרונות לכהונתו ייצג את מחוז הבחירה ה-57. בבחירות 1994 התמודד פריור לתפקיד התובע הכללי של ארקנסו, וניצב בפני התובע הכללי המכהן וינסטון בראיינט בבחירות המקדימות של המפלגה הדמוקרטית. פריור הפסיד ביחס של 58%-42%. ב-1998 התמודד בשנית על אותו תפקיד והפעם נבחר למועמד המפלגה הדמוקרטית. הוא ניצח את מועמדת המפלגה הרפובליקנית בטי דיקי, התובעת היערונית ברדפילד, עם 59% מהקולות. במהלך הבחירות לנשיאות ארצות הברית 2000 היה ציר בוועידה הדמוקרטית הלאומית.
בשלהי 2001 הכריז פריור על התמודדותו לסנאט של ארצות הברית מול הסנאטור הרפובליקני המכהן טים האצ'ינסון, ששש שנים קודם לכן נהפך לסנאטור הרפובליקני הראשון מארקנסו מאז תקופת השיקום. מושב זה בסנאט אוייש בעבר בידי דייוויד פריור, אביו של מארק, אשר סייע לבנו במערכת הבחירות לסנאט ב-2002. פריור גבר על האצ'ינסון עם 54% מקולות הבוחרים, והיה למועמד הדמוקרטי היחיד במחזור הבחירות לסנאט ב-2002 שהצליח לנצח סנאטור רפובליקני מכהן. פריור הושבע לתפקידו בינואר 2003.
ביוני 2007 הודיע על תמיכתו בעמיתתו לסנאט הילרי קלינטון מניו יורק בהתמודדותה לנשיאות ארצות הברית בבחירות 2008 לנשיאות. באופן קצת לא טיפוסי, פריור היה החבר הצעיר ביותר בסנאט במשך 19 ימים בינואר 2009, בגיל 45, על אף שמעולם לא נשא בתואר זה בתקופת כהונתו הראשונה. מקרה זה התקיים בשל הפסדו של ג'ון א. סונונו מניו המפשייר, מה שהפך את פריור לסנאטור הצעיר יותר עד להשבעתו של מייקל בנט. בשנת 2013, הצביע פריור עם הנשיא ברק אובמה ב-90% מהמקרים. בשנת 2008 נבחר פריור לתקופת כהונה שנייה ברוב של 79.53% מקולות הבוחרים ללא התנגדות מצד המפלגה הרפובליקנית, ויריבתו היחידה הייתה רבקה קנדי מהמפלגה הירוקה של ארצות הברית.
בבחירות 2014 התמודד פריור לתקופת כהונה שלישית מול חבר הקונגרס הרפובליקני טום קוטון. במרץ 2014, במהלך ריאיון עיתונאי ל-MSNBC בנושא המרוץ לסנאט, אמר פריור כי לקוטון "תחושת זכאות" למושב בסנאט בשל שירותו הצבאי[1]. לאחר שספג ביקורת רבה על ההערה, אמר פריור מאוחר יותר שאין הוא תוקף את שירותו הצבאי של קוטון, אלא את היעדר הישגיו בבית הנבחרים ואת העובדה שלא העביר שום חקיקה בקונגרס[2]. אתר האינטרנט "FactCheck.org" הגדיר שתי סרטוני תעמולה ששודרו בידי מטה הבחירות של פריור כמטעות בביקורתן על תוכנית המדיקר של פול ראיין בו תמך יריבו קוטון[3]. למרות שהמרוץ בין השניים נחשב לצמוד, פריור הפסיד בהפסד מוחץ לקוטון וגרף 39% בלבד מהקולות לעומת 57 האחוזים של קוטון[4]. הייתה זו התוצאה הגרועה ביותר של סנאטור מכהן כלשהו מאז הפסדה של הסנאטורית בלאנש לינקולן בבחירות 2010.