Ngày 16 tháng 5 năm 2007, Nicolas Sarkozy trở thành Tổng thống thứ sáu của Đệ Ngũ Cộng hòa Pháp.

Nghi lễ chuyển giao quyền lực từ Jacques Chirac diễn ra vào lúc 11:00 (9:00 UTC) tại Điện Élysée, tại đây Nicolas Sarkozy nhận bộ mật mã điều khiển kho vũ khí hạt nhân của Pháp và được trao khiên chương Tổng Chỉ huy, biểu tượng của chức danh Tổng Chỉ huy Binh đoàn Danh dự. Ngay lúc ông chính thức trở thành tổng thống, nhạc khúc Leyneda của nhà soạn nhạc Tây Ban Nha Isaac Albéniz được trình tấu nhằm tôn vinh phu nhân tổng thống, Cécilia Sarkozy, bà cũng là cháu gái của Albéniz. Cả mẹ tổng thống, Andrée, và Pal, người cha đã bỏ rơi Nicolas từ bé mà ông đã hòa giải, cùng tham dự buổi lễ với sự có mặt của các con của Sarkozy.[28] Đoàn xe hộ tống chiếc Peugeot 607 Paladine[28] của tổng thống từ Điện Élysée đến Đại lộ Champs-Élysées tham dự buổi lễ công cộng tại Khải Hoàn Môn.

Ngay chiều hôm đó, tân tổng thống bay đến Berlin để hội kiến với Thủ tướng Đức Angela Merkel.

François Fillon được bổ nhiệm thay thế Thủ tướng Dominique de Villepin.[29] Sarkozy cũng bổ nhiệm Bernard Kouchner, nhà sáng lập tổ chức Thầy thuốc Không Biên giới (Médecins Sans Frontières), làm ngoại trưởng. Ngoài Kouchner, còn có ba chính trị gia cánh tả đảm nhận các vị trí trong chính phủ, gồm có Eric Besson, từng là cố vấn kinh tế cho Ségolène Royal khi bà khởi đầu chiến dịch tranh cử. Sarkozy bổ nhiệm 7 nữ chính khách vào nội các gồm 15 thành viên; trong đó có Bộ trưởng Tư pháp Rachida Dati, người phụ nữ gốc Bắc Phi đầu tiên tham gia một nội các Pháp. Trong số 15 thành viên nội các, có hai người từng học ở École Nationale d’Administration (Học viện Hành chánh Quốc gia).[30] Các bộ trưởng được sắp xếp lại và khai sinh hai bộ mới: Bộ Nhập cư, Hội nhập, Bản sắc Dân tộc và Đồng Phát triển – giao cho cánh tay mặt của Sarkozy, Brice Hortefeux – và Bộ Ngân sách, Kế toán công và Hành chính Dân sự - thuộc về Éric Wœrth. Tuy nhiên, sau kỳ tuyển cử Quốc hội ngày 17 tháng 6, Nội các được điều chỉnh còn 15 bộ trưởng và 16 thứ trưởng, tổng cộng có 31 thành viên.

Một thời gian ngắn sau khi nhậm chức, Tổng thống Sarkozy khởi sự đàm phán với Tổng thống Colombia Álvaro Uribe và lực lượng du kích cánh tả FARC nhằm phóng thích các con tin bị bắt giữ bởi phiến quân, đặc biệt là chính trị gia Colombia gốc Pháp Ingrid Betancourt. Theo các nguồn tin, Sarkozy yêu cầu Uribe trả tự do cho "thủ tướng" FARC Rodrigo Granda.[31] Mặt khác, ngày 24 tháng 7 năm 2007, Pháp và các đại diện châu Âu đạt được thỏa thuận dẫn độ các điều dưỡng người Bulgaria bị giam giữ ở Libya. Đổi lại, Sarkozy ký với Muammar al-Gaddafi hiệp ước an ninh, y tế và nhập cư – cùng thỏa thuận bán hỏa tiễn chống tăng MILAN trị giá 230 triệu USD.

Ngày 8 tháng 6 năm 2007, tại hội nghị thượng đỉnh G8 lần thứ 33 tại Heiligendamm, Sarkozy thiết lập mục tiêu đến năm 2050, Pháp giảm 50% lượng khí thải nhằm ngăn chận tình trạng nóng ấm toàn cầu. Ông tích cực vận động cho Dominique Strauss-Kahn, một nhân vật thuộc Đảng Xã hội, trở thành ứng cử viên của Âu châu tranh chức giám đốc Quỹ tiền tệ quốc tế.[32] Những người chỉ trích cho rằng Sarkozy ủng hộ Strauss-Kahn nhằm thu hút khỏi Đảng Xã hội một trong những chính khách được yêu thích nhất.[33]

UMP chiếm thế đa số trong kỳ bầu cử quốc hội năm 2007 dù không đạt được chiến thắng như mong đợi. Với lợi thế đa số, UMP giúp Sarkozy hoàn thành một trong những hứa hẹn khi tranh cử là thu hồi thuế thừa kế.[34][35] Trước đây, thuế thừa kế đem vào kho bạc nước Pháp 8 tỉ euro.[36]

Sau chiến thắng trong cuộc tuyển cử, phe đa số UMP giảm thuế, nhất là cho tầng lớp thượng trung lưu, nhằm gia tăng GDP mà không chịu cắt giảm chi tiêu quốc gia. Sarkozy bị Ủy ban châu Âu chỉ trích do động thái này. Sarkozy phá vỡ thông lệ khi không chịu ân xá hằng ngàn tù nhân đang bị nhồi nhét trong các trại giam nhân ngày lễ Bastille, một truyền thống được thiết lập bởi Napoléon từ năm 1802 kỷ niệm ngày phá ngục Bastille trong thời kỳ Cách mạng Pháp.[37]

Trong kỳ nghỉ, Sarkozy đem gia đình đến Hồ Winnipesaukee ở New Hampshire, lưu trú trong một tòa nhà 11 phòng tắm nằm sát bờ biển của cựu giám đốc Microsoft, Michael Appe.[37] Sarkozy đến đây bằng một phi cơ phản lực thương mại, nhưng khi Hồng y Lustiger, Tổng Giám mục Paris từ trần; ngày 10 tháng 8, một chiếc máy bay của tổng thống chở ông đến Paris để tham dự tang lễ rồi quay lại Mỹ.[38] Ngày 21 tháng 8, ông trở lại Pháp bằng một máy bay thương mại.

Với tư cách Chủ tịch luân phiên Liên minh châu Âu, ông đã có những đóng góp đáng kể[cần dẫn nguồn] nhằm lặp lại hòa bình sau chiến tranh Nam Ossetia 2008.

Tháng 6 năm 2009, Sarkozy tạo cơ hội cho việc cấm mặc y phục Hồi giáo ở nơi công chúng khi tuyên bố trong một cuộc họp của nghị viện tại lâu đài Versailles rằng cách ăn mặc đó "không được hoan nghinh" ở Pháp. Một ủy ban nghị viện tìm hiểu về vấn đề này trong vòng sáu tháng.

Trong cuộc bầu cử tổng thống cuối tháng 4 đầu tháng 5 năm 2012, Sarkozy không thể tái đắc cử sau khi thua ứng cử viên cánh tả François Hollande của đảng Xã hội với tỉ lệ 48,3% so với 51,7%. Nhiệm kỳ tổng thống của ông kết thúc vào ngày 16 tháng 5 năm 2012.