Sau nhiều năm hoạt động trong vai trò chuyên viên tài chính, ông trở thành dân biểu vùng Puy-de-Dôme vào năm 1956. Ông đảm nhiệm chức vụ Quốc vụ khanh các vấn đề tài chính (1959–1962) rồi Bộ trưởng tài chính và các vấn đề kinh tế của Pháp (1962–1966) dưới thời Tổng thống Charles de Gaulle. Ông là một trong những nhân vật quan trọng trong cuộc trưng cầu dân ý năm 1969 dẫn tới sự ra đi của de Gaulle. Ông sau đó giữ chức Bộ trưởng kinh tế và tài chính Pháp trong nhiệm kỳ của Tổng thống Georges Pompidou (1969–1974) và là chủ tịch Đảng những người cộng hòa tự do, trở thành lãnh đạo nhóm cánh hữu lớn thứ hai của nước Pháp.
Ông đắc cử Tổng thống Pháp vào năm 1974, đánh bại ứng cử viên cánh hữu Jacques Chaban-Delmas vòng đầu tiên, rồi sau đó chủ tịch Liên minh cánh tả François Mitterrand ở vòng hai. Khi đó, ở tuổi 48, ông là Tổng thống Pháp trẻ nhất lịch sử nền cộng hòa tính từ năm 1895. Ông khởi xướng nhiều ý tưởng cách tân, trong đó có giảm tuổi trưởng thành, hợp pháp hóa các phương pháp phá thai tình nguyện, cũng như xây dựng nguyên tắc cho ly hôn đồng thuận, thay đổi Hiến pháp và chấm dứt chế độ bảo hộ cho Hãng truyền hình và phát thanh quốc gia. Chiến lược đối ngoại của Giscard d'Estaing cũng có nhiều thành tựu, trong đó có việc xây dựng Liên minh Châu Âu và sáng lập nhóm các quốc gia phát triển G7, ngoài ra cũng đưa quân đội Pháp tham chiến tại Kolwezi và tham gia Chiến dịch Caban lật đổ chế độ độc tài quân sự Bokassa, nổi tiếng với tên gọi "Phi vụ kim cương".
Ông cũng là người nâng cấp toàn bộ hệ thống đường sắt tốc hành (TGV) và xây dựng các dự án năng lượng hạt nhân đầu tiên của Pháp, dẫn tới nhiều khó khăn chấm dứt thời kỳ 30 năm vinh quang của nền kinh tế pháp (Trente Glorieuses). Bất đồng dẫn tới việc Thủ tướng Jacques Chirac từ chức vào năm 1976, buộc ông chỉ định chuyên gia kinh tế Raymond Barre là người thay thế với nhiều chuyển biến tích cực. Trái ngược với tư tưởng cách tân trong kinh tế, nhưng Giscard d'Estaing lại bảo thủ trong chính sách đối nội, đặc biệt về chính sách nhập cư. Cho dù phe cánh hữu giành chiến thắng tại bầu cử lập pháp năm 1978 và ông cũng giành được sự tín nhiệm cao trong công chúng, tuy nhiên ông bất ngờ thất bại trước Mitterrand tại cuộc bầu cử Tổng thống Pháp 1981 sau khi mất sự ủng hộ từ đảng RPR mới thành lập của Chirac.