Très impliqué dans la politique coloniale de la France, il fut nommé ministre des Colonies dans le ministère Combes sous la présidence d’Emile Loubet en 1902, poste qu’il conserva jusqu’en 1905. Successivement vice-président de l’Assemblée nationale, ministre au Commerce et à l'Industrie puis à l'Instruction publique et aux Beaux-Arts, il fut également élu sénateur du Gard (1910).
Président du Conseil et ministre des Affaires étrangères à la demande de Raymond Poincaré, il s'attacha à concilier les revendications du parti radical et l'intérêt du pays dans un horizon international qui s'obscurcissait.
Porté à la présidence en 1924, élection qui vit lepremier candidat communiste avec Zéphyrin Camélinat, son mandat fut marqué par la prospérité de la France d'entre-deux-guerres et les années folles, mais aussi par une forte instabilité ministérielle et des difficultés financières engendrées par la chute du franc. Néanmoins, grâce à une politique d’austérité, qui ramena la confiance et dopa l’économie, les progrès de l'industrie technique, notamment dans la sidérurgie et l'automobile, la France ne subit pas de plein fouet la crise de 1929.
Partisan d'une politique de fermeté vis-à-vis de l'Allemagne face au nationalisme renaissant dans une partie de l'Europe, mais aussi en France, Doumergue s'évertua à soutenir la gestion des affaires publiques dans des valeurs de gauche et une ligne directrice conservatrice.
Depuis ses débuts en politique, cet homme affable et courtois avait séduit par sa bonhomie et son accent. Après son élection à la magistrature suprême, sa simplicité continua à plaire dans l'opinion publique une popularité qui lui valut le surnom de « Gastounet ».
Célibataire au début et pendant son mandat, Doumergue, « sensible au charme féminin », mit fin à ses liaisons passagères en convolant avec sa maîtresse, Jeanne Gaussal, qui fut « Première dame » durant douze jours. Le 13 juin 1931, au terme de son septennat, il se retira de la vie politique dans la demeure de son épouse à Tournefeuille (Haute-Garonne).
Sa popularité toujours vivace, il fut rappelé en 1934 à la présidence du Conseil pour former un gouvernement d'union nationale. Mais en mauvaise santé et affaibli, il échoua.
Gaston Doumergue décéda dans sa ville natale d’Aigues-Vives. Le 27 juin 1937, il fut inhumé dans le cimetière de la commune où, enfant chéri du pays, sa mémoire est toujours affectueusement et fièrement entretenue. Bien des années plus tard, Jeanne Doumergue (1879 – 1963) le rejoignit dans la tombe.