Nel 1996 venne eletto deputato, sostenuto da alcuni partiti centristi che appoggiarono L'Ulivo e divenne il responsabile nazionale per il settore Sanità del Partito Popolare. Nel 2001 confermò il suo seggio alla Camera dei deputati e fece parte del gruppo parlamentare della Margherita. All'interno della Margherita, Fioroni ha guidato il Dipartimento delle Politiche della Solidarietà. Il 17 maggio 2006 è stato nominato Ministro dell'istruzione del secondo governo Prodi. Dal 23 maggio 2007 è uno dei 45 membri del Comitato nazionale per il Partito Democratico che riunisce i leader delle componenti del futuro Pd. Ha svolto numerosi incarichi all'interno del Partito Democratico. È stato rieletto alla Camera, sempre nelle file del Partito Democratico, sia nel 2008 che nel 2013. È stato vicepresidente della Fondazione Italia Usa.
Il ministro stoppa le richieste di deroghe e impone l'uso dei bonus su dieci anni anziché su quattro o cinque peer arginare l'effetto sui conti pubblici. Obbligo certo per i nuovi crediti