Ο Μιλτιάδης Βαρβιτσιώτης εξελέγη για πρώτη φορά βουλευτής Β΄Αθήνας με το ψηφοδέλτιο της ΝΔ, στις 9 Απριλίου του 2000 και στη συνέχεια εξελέγη γραμματέας της Βουλής.
Τον Ιούλιο του 2001 εξελέγη υπεύθυνος του τομέα Εμπορικής Ναυτιλίας της ΝΔ.
Τον Οκτώβριο του 2007, εξελέγη πρόεδρος της Επιτροπής Εθνικής Άμυνας και Εξωτερικών Υποθέσεων της Βουλής.
Τον Ιανουάριο του 2009, ανέλαβε για πρώτη φορά κυβερνητικό αξίωμα, ως υφυπουργός Εξωτερικών, στην κυβέρνηση του Κώστα Καραμανλή. Το Νοέμβριο του 2010 ήταν υποψήφιος δήμαρχος Γλυφάδας.
Τον Ιούνιο του 2013 ανέλαβε υπουργός Ναυτιλίας – Αιγαίου, θέση στην οποία παρέμεινε μέχρι τις εκλογές της 25ης Ιανουαρίου 2015.
