施瓦辛格是以共和党人的身份参加竞选的，虽然他把自己描绘成为温和派。因为他的夫人是民主党籍前总统，肯尼迪的外甥女。而且，他并非在美国本土出生，根据美国宪法规定，美国本土出生者才具有参选总统资格，所以除非修改美国宪法，否则施瓦辛格并无参选美国总统资格。

2003年，民主党主政的加利福尼亚州发生州政府财政危機，而且已在2000年夏天发生缺电危機。当时，民主党籍的州长格雷·戴维斯面对州民弹劾公投。根据州宪法的规定，罢免公投的同时需要补选出一个新州长，故选民需要投两票：第一票是是否赞成罢免原任州长；第二票是当罢免州长后，补选州长的选票。阿诺宣布参与州长补选，结果加利福尼亚州州民投票支持罢免戴维斯，而施瓦辛格得到支持而补选成为新州长。

2006年底，施瓦辛格再度投入州长大选，获得过半数选票的55.9%支持，为自己赢得了2007年至2011年的完整州长任期。

2011年1月3日，施瓦辛格完成加利福尼亚州州长任期。