施瓦辛格是以共和黨人的身份參加競選的,雖然他把自己描繪成為溫和派。因為他的夫人是民主黨籍前總統,肯尼迪的外甥女。而且,他并非在美國本土出生,根據美國憲法規定,美國本土出生者才具有參選總統資格,所以除非修改美國憲法,否則施瓦辛格并無參選美國總統資格。
2003年,民主黨主政的加利福尼亞州發生州政府財政危機,而且已在2000年夏天發生缺電危機。當時,民主黨籍的州長格雷·戴維斯面對州民彈劾公投。根據州憲法的規定,罷免公投的同時需要補選出一個新州長,故選民需要投兩票:第一票是是否贊成罷免原任州長;第二票是當罷免州長后,補選州長的選票。阿諾宣布參與州長補選,結果加利福尼亞州州民投票支持罷免戴維斯,而施瓦辛格得到支持而補選成為新州長。
2006年底,施瓦辛格再度投入州長大選,獲得過半數選票的55.9%支持,為自己贏得了2007年至2011年的完整州長任期。
2011年1月3日,施瓦辛格完成加利福尼亞州州長任期。