Как юрист Керенский проявлял интерес к делам с политической подоплёкой. Вместе с другими столичными адвокатами он протестовал против антисемитского дела Бейлиса, в связи с чем был приговорён к восьмимесячному тюремному заключению.
Широкая известность пришла к нему в 1912 г. в связи с делом Ленского расстрела. Он возглавлял работу специальной комиссии III Государственной думы, созданной по этому поводу. Комиссия пришла к выводу, что основными причинами забастовок рабочих Ленских золотых приисков стали их нищета и бесправие. На основании этих выводов правительство ликвидировало монопольное положение компании "Лензолото", была реорганизована администрация приисков, повышена зарплата рабочих, приняты меры к улучшению их быта.
Убеждённый республиканец, он приложил максимум усилий для свержения монархии. Под его прямым давлением великий князь Михаил Александрович 3 марта 1917 г. принял решение отказаться от прав на российскую корону.
В первые дни революции он стал депутатом Петроградского совета рабочих и солдатских депутатов, на первом заседании которого вечером 27 февраля 1917 г. был избран товарищем председателя Петросовета. Одновременно Временный комитет Государственной думы предложил ему пост министра юстиции во Временном правительстве.
Став министром, Керенский перебрался в Зимний дворец. Революционный министр юстиции инициировал такие решения Временного правительства, как амнистия политических заключённых, провозглашение свободы слова, собраний, печати, деятельности политических партий, восстановление конституции Финляндии.
В марте 1917 г., с началом легальной деятельности ранее запрещённых политических партий, Керенский вступает в партию социалистов-революционеров.
В мае - июне Керенский, будучи военным и морским министром, приложил огромные усилия для укрепления дисциплины в армии и на флоте, повышения боеспособности воинских частей, подготовки решающего летнего наступления. Он объезжал фронтовые части на автомашине, выступал на бесчисленных армейских митингах, пытаясь силой своего ораторского дара вдохновить солдат на победу. 18 июня началось наступление русских войск, которое, однако, быстро закончилось полным провалом.
8 июля Керенский становится министром-председателем, сохранив за собой пост военного и морского министра. А уже 19 июля он назначил нового Верховного главнокомандующего - энергичного и популярного генерала Л.Г.Корнилова.
Под предлогом защиты Петрограда от возможного немецкого десанта Корнилов двинул к столице казачий корпус генерала Крымова. Керенский квалифицировал действия главнокомандующего как мятеж. Для подавления корниловского мятежа Керенский был вынужден прибегнуть к помощи социалистических партий, в том числе большевиков, а также Советов, рабочих отрядов. Он приказал раздать оружие рабочим, выпустить из тюрем арестованных большевиков.
Под влиянием агитаторов казаки отказались подчиняться своим генералам. К 30 августа движение войск на Петроград прекратилось, генерал Крымов покончил жизнь самоубийством, Корнилов был арестован.
Керенский пытался заручиться поддержкой Всероссийского демократического совещания, проходившего 14 - 22 сентября. Однако большинство делегатов совещания высказались против коалиции с кадетами, на чём настаивал министр-председатель. Демократическое совещание приняло решение, что до созыва Учредительного собрания Временное правительство должно быть подотчётно образованному временному Всероссийскому Демократическому совету. Керенский протестовал против этого решения. 25 сентября он сформировал последний, третий, состав коалиционного правительства, оставив за собой посты военного и морского министра, Верховного главнокомандующего.
Большевики, опираясь на военно-революционные комитеты и отряды Красной гвардии, были готовы захватить власть насильственным путём. 24 октября на заседании Предпарламента министр-председатель сообщил о начале вооружённого восстания и потребовал предоставить ему особые полномочия. В ответ собрание приняло половинчатую резолюцию. 25 октября он провёл в Зимнем дворце и штабе Петроградского военного округа. Отряды Красной гвардии при поддержке частей петроградского гарнизона захватывали важнейшие здания столицы. Какого-либо серьёзного сопротивления Керенский организовать не смог и на автомобиле выехал из Петрограда навстречу вызванным с фронта войскам. Временное правительство было свергнуто.