W latach 2018–2020 był sekretarzem stanu przy ministrze edukacji i młodzieży. Następnie do 2022 pełnił tożsamą funkcję przy premierze, zajmując jednocześnie stanowisko rzecznika prasowego rządu. W maju 2022 w nowo utworzonym gabinecie Élisabeth Borne został ministrem delegowanym do spraw rachunków publicznych (przy ministrze gospodarki, finansów, suwerenności przemysłowej i cyfrowej). Pozostał na tej funkcji po powyborczej rekonstrukcji rządu z lipca tegoż roku. W lipcu 2023 przeszedł natomiast na stanowisko ministra edukacji i młodzieży.
9 stycznia 2024 prezydent Francji Emmanuel Macron powołał go na urząd premiera. Dwa dni później powołano ministrów wchodzących w skład jego gabinetu. Gabriel Attal przejął także odpowiedzialność za planowanie ekologiczne i energetyczne. 8 lipca 2024 ogłosił dymisję swojego rządu (po zakończeniu wyborów parlamentarnych). W tym samym miesiącu został przewodniczącym frakcji deputowanych zorganizowanej przez Renaissance. Urząd premiera sprawował do 5 września 2024, kiedy to zastąpił go Michel Barnier.
W listopadzie 2024 Gabriel Attal (będący jedynym kandydatem) został wybrany na nowego sekretarza generalnego Renaissance (z nominacją od grudnia tego samego roku).