શ્વાર્ઝેનેગરે "ધ ટુનાઇટ શો વીથ જે લીનો" ના ઓગસ્ટ 6, 2003ના એપિસોડ દરમિયાન 2003 કેલિફોર્નિયાના ગવર્નર માટે રિકોલ ઇલેક્શનમાં તેમની ઉમેદવારીની જાહેરાત કરી હતી. રિકોલ ઇલેક્શનમાં એક ઉમેદવાર તરીકે શ્વાર્ઝેનેગરનું નામ તમામ ઉમેદવારોમાં સૌથી વધુ લોકપ્રિય હતું, પરંતુ તેમણે ક્યારેય જાહેર સેવાના ક્ષેત્રે કામ કર્યું નહોતું અને તેના રાજકીય મંતવ્યો મોટાભાગના કેલિફોર્નિયાવાસીઓ માટે અજાણ્યા હતા. તેમની ઉમેદવારી ટૂંક સમયમાં જ રાષ્ટ્રીય અને આંતરરાષ્ટ્રીય સમાચાર બની ગઇ હતી, મીડિયાએ તેમને “ગવર્નેટર” ("ધ ટર્મિનેટર" ફિલ્મ પરથી, ઉપર જુઓ) અને “ધ રનિંગ મેન” (તેમની ફિલ્મો પૈકી એકનું નામ) જેવા નામથી નવાજ્યા હતા, અને રિકોલ ઇલેક્શનને “ટોટલ રિકોલ” (શ્વાર્ઝેનેગર અભિનિત વધુ એક ફિલ્મ) તરીકે ઓળખાવ્યા હતા. શ્વાર્ઝેનેગરે અન્ય ઉમેદવારો સાથે કેટલીક ચર્ચાઓમાં ભાગ લેવાનો ઇનકાર કરી દીધો હતો, અને માત્ર સપ્ટેમ્બર 24, 2003ના રોજ એક ચર્ચામાં જ ભાગ લીધો હતો.
ઓક્ટોબર 7, 2003ના રોજ રિકોલ ઇલેક્શનના પરિણામોમાં ગવર્નર ગ્રે ડેવિસને પદ પરથી બરતરફ કરવાની તરફેણમાં 55.4% "હા" મત આવતાં તેમને ગવર્નર પદેથી દૂર કરાયા હતા. શ્વાર્ઝેનેગર ડેવિડના ઉત્તરાધિકારી તરીકેની પસંદગી માટે 48.6% મત સાથે કેલિફોર્નિયાના ગવર્નર તરીકે બીજા પ્રશ્ન હેઠળ ચૂંટાયા હતા. શ્વાર્ઝેનેગરે ડેમોક્રેટ ક્રૂઝ બુસ્ટમન્ટે, સાથી રિપબ્લિકન ટોમ મેકક્લિન્ટોક, અને અન્યોને પરાજિત કર્યા હતા. તેના સૌથી નજીકના પ્રતિસ્પર્ધી, બુસ્ટમન્ટેએ, 31% મત મેળવ્યા હતા. એકંદરે, શ્વાર્ઝેનેગર 1.3 મિલિયન વોટ સાથે ચૂંટણી જીતી ગયા હતા. કેલિફોર્નિયા બંધારણના નિયમો હેઠળ તેમણે કોઇ રનઓફ ઇલેક્શન લડવાની જરૂર પડી નહોતી. શ્વાર્ઝેનેગર 1862માં આઇરીશ મૂળના ગવર્નર જ્હોન જી. ડોવની બાદ કેલિફોર્નિયાના સૌપ્રથમ વિદેશી મૂળના ગવર્નર બન્યા હતા.

શ્વાર્ઝેનેગર ગવર્નર તરીકે ચૂંટાયા બાદ, વિલિયમ બ્રાઉને કહ્યું હતું કે ગવર્નરને બરતરફ કરવા તેઓ અભિયાન શરૂ કરશે. શ્વાર્ઝેનેગર તેમના બચાવમાં પૂરતી તૈયારીમાં હતા અને આ ગૂંચવાયેલી સ્થિતિને ઉકેલવામાં સફળતાપૂર્વક જનાદેશ મેળવી શક્યા હતા. "સેટરડે નાઇટ લાઇવ" (તેમની બોડિબિલ્ડિંગ કારકિર્દીની પેરોડી કરતી શ્રેણી)માંથી “હેન્સ એન્ડ ફ્રેન્ઝ” પાત્રોમાંથી માર્મિક ટીપ્પણી સર્જતાં શ્વાર્ઝેનેગરે રાજ્યના ડેમોક્રેટિક રાજકારણીઓને “ગર્લી મેન” ગણાવ્યા હતા.

શ્વાર્ઝેનેગરે પ્રારંભિક સમયમાં વાહનોની નોંધણીની ફીમાં બિનલોકપ્રિય વૃદ્ધિ તેમજ ગેરકાયદે વસાહતીઓને ડ્રાઇવિંગ લાઇસન્સ આપતાં અટકાવવા સહિતના મુદ્દાઓમાં વિજય મેળવ્યો હતો, પરંતુ પાછળથી રાજ્યના શક્તિશાળી સંગઠનોએ તેમની વિવિધ પહેલોનો વિરોધ કરવાનું શરૂ કરતાં તેણે પીછેહઠનો સામનો કરવો પડ્યો હતો. નવેમ્બર 2005માં તેમણે બોલાવેલી વિશેષ ચૂંટણીમાં રાજકીય વાસ્તવિક્તાઓનો તેમને ખ્યાલ આવ્યો હતો, જેમાં તેઓ જે મુદ્દાઓની ભલામણ કરતા હતા તેનો ચાર મતથી પરાજય થયો હતો. શ્વાર્ઝેનેગરે પરાજય માટે વ્યક્તિગત જવાબદારી સ્વીકારી હતી અને કેલિફોર્નિયાના લોકો માટે સર્વસંમતિ માગવાનું ચાલુ રાખવાનો સંકલ્પ કર્યો હતો. તેમણે પાછળથી ટીપ્પણી કરી હતી કે “તમને હરાવવા માટે વિપક્ષે 160 મિલિયન ડોલર ઊભા કર્યા હોય તો કોઇપણ વ્યક્તિ જીતી શકે નહીં.”

શ્વાર્ઝેનેગર ત્યારબાદ સાથી રિપબ્લિકન વ્યૂહરચનાકારની વિરુદ્ધ ગયા હતા અને તેમના સ્ટાફના વડા તરીકે, ડેમોક્રેટ, સુસાન કેનેડીની નિમણૂંક કરી હતી. શ્વાર્ઝેનેગર ક્રમાનુસાર વધુ રાજકીય ઉદારમતવાદી સ્થિતિ તરફ વળ્યા હતા અને આગામી ગવર્નરની ચૂંટણી સુધીના ટૂંકાગાળામાં વિજયી વારસો ઊભો કરવાનો દ્રઢ નિશ્ચય વ્યક્ત કર્યો હતો.

શ્વાર્ઝેનેગર નવેમ્બર 7, 2006ના રોજ યોજાયેલી, 2006ની ચૂંટણીમાં, કેલિફોર્નિયા રાજ્યના ખજાનચી, ડેમોક્રેટ ફિલ એન્જેલિડ્સ સામે ફરીથી ચૂંટાઇ આવ્યા હતા. રિપબ્લિકન પક્ષ માટે રાષ્ટ્રીય સ્તરે આ વર્ષ નબળુ રહેવા છતાં, શ્વાર્ઝેનેગર એન્જેલિડ્સના 38.9% મતની સરખામણીમાં 56.0% મત સાથે ફરીથી ચૂંટાઇ આવ્યા હતા. તેમણે એક મિલિયનથી વધુ મતોના તફાવતથી વિજય મેળવ્યો હતો. તાજેતરના વર્ષોમાં, અનેક ટીકાકારોએ શ્વાર્ઝેનેગરને જમણેરી વિચારધારાથી દૂર થતાં અને રાજકીય વિચારધારાના કેન્દ્ર તરફ જતા નિહાળ્યા છે. 2006માં માર્ટિન લ્યુથર કિંગ, જુનિયર બ્રેકફાસ્ટમાં, શ્વાર્ઝેનેગર દ્વારા આપવામાં આવેલ વક્તવ્ય સાંભળ્યા બાદ સાન ફ્રાન્સિસ્કોના મેયર ગેવિન ન્યુસોમે કહ્યું હતું કે, “તેઓ ડેમોક્રેટ બની રહ્યા છે. [... તે]ણે પીછેહઠ કરી છે, તે કેન્દ્રમાં પણ નથી. હું તેમને કેન્દ્રથી ડાબેરી વિચારધારા તરફી કહીશ”.

એવી અફવા હતી કે શ્વાર્ઝેનેગર 2010માં યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ સેનેટ માટેની દોડમાં છે, આ અફવાનું કારણ એ હતું કે તે સમયે તેમની ગવર્નરશીપ મર્યાદિત હતી. જોકે, આ અફવા ખોટી સાબિત થઇ હતી.
વેન્ડી લેઇગે શ્વાર્ઝેનેગરની બિનસત્તાવાર આત્મકથા લખી છે, તેનો દાવો છે કે તેણે પ્રારંભિક સમયમાં ફિલ્મોના કારોબાર અને બોડિબિલ્ડિંગનો ઉપયોગ કરીને તેની રાજકીય કારકિર્દીની યોજના ઘડી હતી. લેઇગ શ્વાર્ઝેનેગરને સત્તાનું વળગણ હોવાનો દાવો કરી તેમના અંગે ટીપ્પણી કરતાં કહ્યું હતું કે, “મારે એવા બહુ ઓછા લોકોનો ભાગ બનવું છે જેઓ નેતા છે, તેમના ટેકેદારોની વિશાળ આમ જનતા નથી બનવું. મારી આ માન્યતા પાછળનું કારણ એ છે કે મેં નેતાઓને તેમની 100% ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરતા જોયા છે – બીજાના નિયંત્રણ હેઠળ આવી જતા લોકોને જોઈને હું હંમેશા દંગ રહી જઉ છું.” શ્વાર્ઝેનેગરે કહ્યું હતું કે રાજકારણમાં પ્રવેશવાનો તેમનો કોઇ આશય નહોતો, પરંતુ તેમણે જણાવ્યું હતું કે, “મેં એક રાજકીય પરિવારમાં લગ્ન કર્યા છે. તમે તેમને મળો એટલે તમને નીતિઓ અંગે સાંભળવા મળશે, લોકોને મદદ કરવા પહોંચવા અંગે સાંભળવા મળશે. એક જાહેર સેવક બનવાનો મને વિચાર આવ્યો અને એયુનિસ તેમજ સાર્જન્ટ શ્રીવર મારા નાયક બની ગયા." એયુનિસ કેનેડી શ્રીવર જ્હોન એફ. કેનેડીની બહેન હતી, અને શ્વાર્ઝેનેગરના સાસુ હતા; સાર્જન્ટ શ્રીવર એયુનિસના પતિ અને શ્વાર્ઝેનેગરના સસરા હતા. તે જન્મથી યુનાઈટેડ સ્ટેટ્સના નાગરિક ન હોવાથી પ્રમુખપદની ચૂંટણી લડી શકે તેમ નથી. "ધ સિમ્પસન્સ મુવી" (2007)માં તેઓ પ્રમુખ અને સિલ્વેસ્ટર સ્ટેલોન મુવીમાં "ડીમોલીશન મેન" (1993 રાજકીય કારકિર્દીમાં તેની સૌપ્રથમ ચૂંટણીના 10 વર્ષ પહેલાં), તરીકેનું પાત્ર ભજવે છે, એવી વાત બહાર આવી હતી કે બંધારણમાં એક સુધારો કરવામાં આવ્યો હતો, જે શ્વાર્ઝેનેગરને પ્રમુખપદ માટે ચૂંટણી લડવા સક્ષમ બનાવે છે.

શ્વાર્ઝેનેગર ઓસ્ટ્રિયા/અમેરિકાનું બેવડુ નાગરિકત્વ ધરાવે છે. તેઓ જન્મના આધારે ઓસ્ટ્રિયન નાગરિકત્વ ધરાવે છે અને 1983થી યુ.એસ. (U.S.) નાગરિકત્વ ધરાવે છે. એક ઓસ્ટ્રિયન અને યુરોપીયન તરીકે, તેમણે 2006ના કેલિફોર્નિયા ગ્લોબલ વોર્મિંગ સોલ્યુશન્સ એક્ટ સાથે આબોહવા પરિવર્તન સામે પગલાં ભરવા બદલ 2007 યુરોપીયન વોઇસ કેમ્પેનર ઓફ ધ યર પુરસ્કાર જીત્યો હતો અને અમેરિકાના અન્ય રાજ્યો તેમજ સંભવતઃ ઇયુ (EU) સાથે ઉત્સર્જન વ્યાપાર યોજના રજૂ કરવાનું આયોજન કર્યું હતું. આજે પણ, શ્વાર્ઝેનેગર તેમના અમેરિકન નાગરિકત્વ સાથે ઓળખાય છે, અને તેમણે તેના વિદેશી મૂળથી પણ આગળ કેલિફોર્નિયા રાજ્ય માટે અથાગ સ્નેહાકર્ષણ દર્શાવ્યું છે.

તેમની અભિનેતા તરીકેની કારકિર્દીમાંથી તેમની વ્યક્તિગત સંપત્તિને કારણે શ્વાર્ઝેનેગરે વાર્ષિક $175,000નો તેમનો ગવર્નર તરીકેનો પગાર સ્વીકાર્યો નહોતો. તેમણે નોંધ્યું હતું કે તેઓ જ્યારે એક ગવર્નર તરીકે પોતાની ઓફિસ છોડશે ત્યારે સંભવિત ફિલ્મોના સોદામાંથી તેમને $200 મિલિયન જેટલું નુકસાન થશે, પરંતુ “તેના કરતાં આ બાબત વધુ મૂલ્યવાન છે.”

2008 યુ.એસ. (U.S.) પ્રમુખપદની ચૂંટણી માટે રિપબ્લિકનની પ્રાથમિક ચૂંટણીમાં શ્વાર્ઝેનેગરની મંજૂરીની ખૂબ જ આતુરતાથી રાહ જોવાતી હતી; પ્રમુખપદ માટેના ઉમેદવારો રુડી ગૌલિઆનિ અને સેનેટર જ્હોન મેકકેઈન સાથે સારી મિત્રતા છતાં શ્વાર્ઝેનેગર 2007 અને 2008ના પ્રારંભ સુધી તટસ્થ રહ્યા હતા. ગૌલિઆનિને જાન્યુઆરી 30, 2008ના રોજ પ્રમુખપદની સ્પર્ધામાંથી પડતા મુકાયા હતા, કારણ કે ફ્લોરિડામાં તેમનો દેખાવ નબળો હતો, અને મેકકેઇનને મંજૂરી મળી. પાછળથી રાત્રે, શ્વાર્ઝેનેગર કેલિફોર્નિયામાં રોનાલ્ડ રેગન પ્રેસિડેન્સિયલ લાઇબ્રેરીમાં રિપબ્લિકન ચર્ચામાં પ્રેક્ષકોમાં બેઠા હતા. પછીના દિવસે તેમણે મેકકેઇનને મંજૂરી આપી, મજાક કરી હતી કે, “રુડી નથી ચૂંટાયા તે તેમની ભૂલ છે!” (પ્રમુખપદની ચૂંટણીના બંને ઉમેદવારો તેના મિત્રો હતા અને તે બંનેમાંથી કોઇ એકની પસંદગી નહોતા કરી શકતા તે સંદર્ભમાં). શ્વાર્ઝેનેગરની મંજૂરીએ સેનેટર મેકકેઇનના અભિયાનને પ્રોત્સાહન આપ્યું હતું; બંનેએ પર્યાવરણ અને અર્થતંત્ર માટે તેમની ચિંતાઓ વ્યક્ત કરી હતી.

પ્રગતિકારક નીતિઓ પર ધ્યાન રાખતા સંગઠન સિટિઝન્સ ફોર રિસ્પોન્સિબિલિટી એન્ડ એથિક્સ ઇન વોશિંગ્ટને તેના એપ્રિલ 2010ના અહેવાલમાં, ગવર્નર તરીકે શ્વાર્ઝેનેગરની મુદત દરમિયાન નૈતિક મૂલ્યોના વિવિધ મુદ્દાઓને કારણે શ્વાર્ઝેનેગરને અમેરિકાના “સૌથી ખરાબ 11 ગવર્નર” પૈકી એક ગણાવ્યા હતા.

જાતીય સતામણી અને વ્યક્તિગત ગેરવર્તણૂકના આરોપ
કેલિફોર્નિયાના ગવર્નર
શક્તિશાળી પુરુષ
ચોખ્ખી સંપત્તિ