poseł na Sejm III i IV kadencji (1997–2004), poseł do Parlamentu Europejskiego V, VI, VII, IX i X kadencji (2004–2014, od 2019), wiceprzewodniczący Parlamentu Europejskiego VI kadencji (2007–2009), senator IX kadencji (2015–2019), wicemarszałek Senatu IX kadencji (2015–2019)
W wyborach w 2004 został wybrany do Parlamentu Europejskiego z okręgu obejmującego województwa małopolskie i świętokrzyskie. W PE VI kadencji przystąpił do grupy Unii na rzecz Europy Narodów. 16 stycznia 2007 został wiceprzewodniczącym Parlamentu Europejskiego tej kadencji. W 2009 skutecznie ubiegał się o reelekcję z okręgu mazowieckiego[4] (przystąpił do nowo powstałej grupy Europejscy Konserwatyści i Reformatorzy, będąc do 2011 jej wiceprzewodniczącym). W listopadzie 2010 wystąpił z PiS[5] i związał się z ugrupowaniem Polska Jest Najważniejsza, z którego został wykluczony 18 marca 2011 (nie przystąpił do partii)[6]. 20 stycznia 2014 ogłosił przystąpienie do Polski Razem[7]. Bezskutecznie z listy tej partii ubiegał się o europarlamentarną reelekcję[8]. 26 kwietnia 2015 został jednym z wiceprezesów ugrupowania[9].
W 2015 wystartował do Senatu, z ramienia komitetu PiS (jako przedstawiciel Polski Razem) w okręgu nr 50. Uzyskał mandat senatora IX kadencji, otrzymując 77 912 głosów[10]. 12 listopada 2015 wybrany na wicemarszałka Senatu IX kadencji[11]. 4 listopada 2017, po przekształceniu Polski Razem w Porozumienie, stanął na czele Konwencji Krajowej tej partii[12]. W 2019 został ponownie wybrany do Parlamentu Europejskiego, startując z list PiS z okręgu mazowieckiego[13].
Na początku lutego 2021 doszło do sporu wewnątrzpartyjnego w Porozumieniu. Prezydium partii skupione wokół Jarosława Gowina zawiesiło Adama Bielana w prawach członka partii. Część działaczy Porozumienia, w tym poseł Kamil Bortniczuk, uznała tę uchwałę za bezskuteczną. Część stwierdziła też, że kadencja Jarosława Gowina na funkcji prezesa upłynęła w 2018, co według statutu oznaczało, iż to Adam Bielan jako przewodniczący konwencji krajowej został pełniącym obowiązki prezesa Porozumienia[14][15]. 5 lutego 2021 Adam Bielan i Kamil Bortniczuk zostali wykluczeni z Porozumienia decyzją władz partii zatwierdzoną przez sąd koleżeński[16][17]. W marcu 2021 Sąd Okręgowy w Warszawie zwrócił wniosek Adama Bielana o dokonanie zmian w ewidencji partii politycznych polegający na wpisaniu go jako pełniącego obowiązki prezesa partii, uznając wnioskodawcę za osobę nieuprawnioną[18].
W czerwcu 2021 został liderem nowo powstałej Partii Republikańskiej[19][20]. We wrześniu tegoż roku na kongresie założycielskim wybrany na prezesa tego ugrupowania[21]. W grudniu 2023 jego ugrupowanie przyłączyło się do Prawa i Sprawiedliwości, a Adam Bielan wszedł w skład komitetu politycznego PiS[22].
W 2024 utrzymał mandat posła do Parlamentu Europejskiego na X kadencję, zdobywając 90 690 głosów[23].
