Tháng 8 năm 1945, Cù Huy Cận là một trong ba thành viên của phái đoàn Chính phủ Lâm thời (gồm Nguyễn Lương Bằng, Trần Huy Liệu và Cù Huy Cận) đi vào kinh đô Huế để tiếp nhận lễ thoái vị của Vua Bảo Đại.

Sau Cách mạng tháng Tám thành công, khi mới 26 tuổi, ông đã là Bộ trưởng Bộ Canh nông trong Chính phủ liên hiệp lâm thời Việt Nam Dân chủ Cộng hòa do Hồ Chí Minh đứng đầu Chính phủ.[2]

Từ cuối năm 1945 ông là Ủy viên Ban Thanh tra đặc biệt của Chính phủ.[3]

Sau này ông làm Thứ trưởng Bộ Văn hóa, rồi Bộ trưởng đặc trách Văn hóa Thông tin trực thuộc Hội đồng Bộ trưởng trong chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa và Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, phụ trách các công tác văn hóa và văn nghệ.[4]

Từ 1984, ông là Chủ tịch Ủy ban Trung ương Liên hiệp các Hội Văn học nghệ thuật Việt Nam. Ngoài ra, ông còn là Đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa I, II và VII.

Tháng 6 năm 2001, ông được bầu là Viện sĩ Viện Hàn lâm Thơ Thế giới.

Huy Cận mất ngày 19 tháng 2 năm 2005 tại Hà Nội.[5]