衆議院議員
2000年、第42回衆議院議員総選挙に静岡県第7区から民主党公認で出馬し、初当選を果たした。2002年の衆議院小選挙区の区割り変更に伴い、2003年の第43回衆議院議員総選挙以降は静岡県第5区から出馬している。
2005年、京都大学法学部の先輩である前原誠司の民主党代表就任にともない党役員室長に就任する。偽メール問題により辞任した前原の後任の小沢一郎代表の下でも、引き続き役員室長を務める。
2006年10月、TBSの『筑紫哲也 NEWS23』キャスターの山本モナとの不倫が写真週刊誌『フライデー』で報じられ、10月5日に民主党政策調査会長代理を辞任した。
2009年、第45回衆議院議員総選挙に静岡5区から出馬し、4選する。総選挙後、小沢一郎幹事長の下で党組織委員長・企業団体対策委員長・副幹事長に就任し、民主党の支持団体の窓口役を一手に引き受けた。
2010年、鳩山由紀夫代表、小沢一郎幹事長が辞任し、菅直人新執行部では幹事長代理に就任する（企業団体対策委員長は続投）。
菅政権
2011年1月、菅再改造内閣で「社会保障・税一体改革及び国会対策」を担当する内閣総理大臣補佐官に起用され、同年4月15日、「原子力発電所事故全般についての対応及び広報」の担当となった。
2011年6月27日、内閣府特命担当大臣（消費者及び食品安全担当）として入閣した「人事異動」『官報』5586号、国立印刷局、2011年6月29日、8面。。また、国務大臣としての担当事項として「東日本大震災等による電力供給不足に伴う節電啓発活動等を総合的に推進するため企画立案及び行政各部の所管する事務の調整」と「東京電力福島原子力発電所事故の収束及び原子力発電所事故の再発を防止するため企画立案及び行政各部の所管する事務の調整」を担当することになった。同年8月10日、原子力損害賠償支援機構法が公布され即日施行となったことに伴い、内閣府特命担当大臣の担当に原子力損害賠償支援機構担当が追加された。

; 個人情報保護
: 2002年、国会に提出された個人情報保護法を担当する。民主党、共産党、社民党、自由党の野党4党による作業チームの座長として、野党案の取りまとめを担当。桜井よしこ、城山三郎などから言論の自由に対する介入の懸念が生じ、政府案は廃案となる。
: 2003年、新たに提出された政府案が成立し、野党案は廃案となるが、国会内で頭角を現すきっかけとなった。
; 議員年金
: 当選直後から、河村たかし議員らと議員年金廃止に取り組み、2006年に廃止に至る原動力となる。長年、公用車を使わないなど、議員特権に批判的な態度を取ってきた。
; 安全保障
: 当選直後から、前原誠司議員、長島昭久議員らと共に、安全保障問題に取り組む。有事の際の国民保護法の制定に際しては、前原のサポート役として、与野党協議に参加。海洋問題では、国会でガス田問題を再三取り上げる。国会に海洋関連の法案を提出。最終的には、超党派の海洋基本法の提出者となり、成立にこぎつける。宇宙の平和利用に関する国会決議に縛られてきた宇宙政策を批判。宇宙基本法の提出者となる。宇宙政策の千葉工大の松井孝典教授、松本紘京大総長などと親しい。和歌山大学の秋山演亮特任教授は幼馴染。

; 永住外国人の地方参政権
: 永住外国人への地方参政権付与については「どちらかといえば反対」として慎重な姿勢を示している朝日東大共同調査
www2.asahi.com/senkyo2009/carta/A22005002.html。
; 道路特定財源
; 天下りに関する政令
: 2009年（平成21年）2月3日の衆議院予算委員会で麻生太郎首相に対し、国家公務員の天下りや渡りを3年間認めるとした前年の「職員の退職管理に関する政令」を放置したまま、1年以内に渡りを廃止する政令を新たに出すとする答弁は矛盾していると指摘。政令を訂正するよう要求した。
; 天皇特例会見
: 2009年12月20日のテレビ朝日の番組で、天皇特例会見について懸念を表明した羽毛田信吾宮内庁長官に対して「中でいろいろ言うのはいいが、外向きに出すのはどうなのか」と批判。鳩山政権の対応についても「（皇室外交という）デリケートな問題に不慣れで、内閣と宮内庁の意思が通い合わなかった」と指摘した。
; 霞が関埋蔵金
: いわゆる「霞が関埋蔵金」について、「埋蔵金」を各省庁が管理している特別会計や独立行政法人などの資産から負債を引いた額であると定義し、2008年（平成20年）1月の国会において、自身の試算を披露した。それは (1)特別会計の余剰金68兆円、 (2)独立行政法人の余剰金16兆7000億円、 (3)独立行政法人の関連会社と公益法人の余剰金11兆1000億円の、合計96兆円もの余剰金があると主張するものであった。
; 尖閣漁船衝突事件後の極秘訪中
: 2010年9月29日、極秘に訪中し北京の釣魚台迎賓館で中国政府要人と会談。9月7日に発生した尖閣諸島中国漁船衝突事件で悪化した日中関係の改善と、河北省で拘束されたフジタの日本人社員の開放を求めるため菅直人首相の特使として訪れたとみられるが、政府や細野はこれを否定している。
; どうしてもやってみたいという思いはみじんもない
: 2011年8月30日付の読売新聞記事によると、「この仕事を喜んでやる人は一人もいない。『どうしてもやってみたい』という思いはみじんもない」と述べた。
; 福島第一原子力発電所事故の汚染物質処分に関して
: 2011年9月4日に行われた会見の中で、汚染物質の処分について触れ、「福島の痛みを日本全体で分かち合うことが国としての配慮ではないかと思っている。福島を最終処分場にはしないということは方針としてできる限り貫きたい」と述べた。

: 4度の選挙をすべて小選挙区で当選しており、選挙の強さには定評がある。
; 交友関係
: 前原誠司は京都大学法学部の先輩にあたり、政策的にも近い。前原の党代表時代に党役員室長を務めた。なお、2006年4月に前原が辞任して小沢一郎が党代表となったが、9月まで引き続き役員室長を務めた。他方、2009年に小沢幹事長の下で副幹事長、組織委員長、企業団体対策委員長に就任して以降、小沢の新たな側近の1人に目される。週刊文春2009年12月24日号によると、細野は原口一博総務大臣、松本剛明衆院議院運営委員長とともに党内で「ごますり3人衆」と呼ばれているという。2010年9月民主党代表選挙では小沢を支持した。
; 尊敬する人物
: 尊敬する歴史上の人物は吉田松陰、愛読書は安岡正篤の思想書や麻生幾の危機管理関連の本など。座右の銘は「志達」（思いをつよくもてばそれがかなうという意味の造語）である。
; 政治資金
; 不倫スキャンダル
; 語学
:英語が堪能で、外国人記者からの質問にも通訳を介さず対応できるレベルであるという。