Pada Pilkada 2008, Sutarmidji maju sebagai calon wali kota berpasangan dengan Paryadi, S.Hut., anggota DPRD Kota Pontianak pada saat itu. Pasangan yang diusung koalisi PPP dan PKPI tersebut berhasil memenangkan Pilkada dengan perolehan 34,5% suara, mengungguli enam pasang kandidat lainnya. Sutarmidji dan Paryadi kemudian dilantik pada 22 Desember 2008.[6]
Pada Pemilukada 2013, Sutarmidji kembali maju, kali ini berpasangan dengan Ir. H. Edi Rusdi Kamtono, M.M., M.T., Kepala Dinas Pekerjaan Umum Kota Pontianak, dan diusung koalisi PDI-P, PKS, PPP, PAN, dan PKPB. Sutarmidji kembali menang, mengalahkan lima kandidat lainnya dengan perolehan 52,7% suara, dan kemudian dilantik untuk masa jabatannya yang kedua pada 23 Desember 2013.[7]
Pada 2 Maret 2015, Sutarmidji menyatakan siap untuk maju sebagai calon Gubernur Kalimantan Barat pada Pilkada yang digelar tahun 2018 yang lalu.[8] Sutarmidji pun maju dalam Pilgub Kalbar 2018 dengan menggandeng Bupati Mempawah Ria Norsan. Pasangan ini diusung oleh Partai Nasdem, Partai Golkar, PKS, PKB, Partai Hanura dan didukung PPP. Dalam Rapat Pleno Rekapitulasi Penghitungan Suara Pemilihan Gubernur Kalbar 2018 menyatakan bahwa Sutarmidji dan Ria Norsan adalah pemenang pasangan calon gubernur Kalimantan Barat. Pasangan Sutarmidji-Norsan menoreh suara terbanyak 51,55% atau 1.334.512 suara, diikuti oleh paslon 2 Karolin-Gidot 1.081.876 suara atau 41,79% dan terakhir paslon 1 Milton-Boyman 172.151 suara atau 6,65 %.[9][10][11] Hanya saja, sebagai koreksi untuk Pilkada Kalbar tahun ini adalah perlunya koreksi soal DPT. Setidaknya lebih dari 32 ribu formulir C6 yang tak terdistribusi dengan baik.[9] Pasangan Midji-Norsan pun dilantik sebagai Gubernur dan Wakil Gubernur Kalbar periode 2018-2023 oleh Presiden Jokowi pada Rabu, 5 September 2018 bersama dengan 8 pasangan Gubernur dan Wakil Gubernur terpilih hasil Pilkada Serentak 2018.[12] Masing-masing dari provinsi Sulawesi Tenggara, Sulawesi Selatan, Papua, Jawa Barat, Nusa Tenggara Timur, Jawa Tengah, dan Bali.[13]
Di langkah awal seusai ditetapkannya ia sebagai gubernur Kalbar, ia sudah mewacanakan beberapa hal. Yakni wacana peningkatan akreditasi Rumah Sakit Soedarso di Pontianak menjadi A, dan rencana pemekaran Provinsi Kapuas Raya. Mengenai rumah sakit itu, ia menjelaskan dalam janjinya bahwa hal akreditasi itu akan dilaksanakan sekurang-kurangnya sebulan setelah dilantik.[14]
Sutarmidji diketahui memiliki beberapa program kerja, yang antara lain sebagai berikut:[13]
- menekan angka kemiskinan Kalbar yang diketahui tertinggi pada masa ia mulai menjabat dengan terobosan di bidang infrastruktur untuk memudahkan akses masyarakat pedalaman;
- kedua, meningkatkan Indeks Pembangunan Manusia Provinsi Kalbar yang ada pada peringkat ke-29 dari 34 provinsi;
- ketiga, mempercepat pembangunan infrastruktur desa, kecamatan, sampai provinsi agar akses mobilitas lancar;
- keempat, peningkatan pelayanan publik yang menurut penilaian Ombudsman RI masih di zona kuning;
- kelima, mempercepat pembangunan rumah sakit 12 lantai yang khusus pengguna BPJS dan tanpa kelas;
- keenam, mendorong pemekaran provinsi maupun kabupaten agar pelayanan masyarakat makin dekat;
- ketujuh, peningkatan akses air bersih dan sanitasi;
- kedelapan, pendidikan gratis sampai SMA.
Mengenai pendidikan gratis yang ia canangkan, mulai akan dilaksanakan pada tahun 2019 dari SD sampai SMA. Kemudian tentang pemekaran Provinsi Kapuas Raya, ia perjuangkan mengingat luasnya daerah Kalbar guna mempercepat pembangunan dan pelayanan publik pada masyarakat. Kemudian, ia juga menyebutkan untuk penanganan kebakaran hutan dan lahan perlu membuat skat kanal dan sumur pompa untuk memadamkam api di lahan gambut yang dalamnya —menurut Sutarmidji— mencapai 9 meter dan perlu diguyur air banyak.[15] Sebagai pelengkap, Wasekjen PKB Daniel Johan juga mengharapkan kesejahteraan nasib petani dan nelayan, mendukung proyek rintisan untuk hilirisasi untuk petani, yang diharapkan bisa menguasai dan memiliki industri pangan yang kelak bisa memotong jalur distribusi dan meniadakan peran tengkulak. Diharapkan dengan itulah, daya beli, nilai tambah dan pendapatan petani meningkat yang berdampak positif untuk Kalimantan Barat.[13][16]
Pada masa awal kepemimpinannya, tak lama ia menjabat Gubernur, ia berhasil menambah APBD Kalbar dari Rp 5,3 triliun menjadi Rp 5,9 triliun. Hal yang pertama akan disentuhnya ialah soal jalan dan infrastruktur.[17]