De politieke loopbaan van Eyskens begon toen hij in 1962 adviseur van minister van Financiën André Dequae werd, wat hij bleef tot 1965.

Tussen 1976 en 1992 volgde hij voor de CVP een ministeriële loopbaan: van oktober 1976 tot juni 1977 was hij staatssecretaris van Ruimtelijke Ordening en Huisvesting, van juni 1977 tot april 1979 staatssecretaris van Begroting en Vlaamse Zaken, van april 1979 tot oktober 1980 minister van Ontwikkelingssamenwerking, van oktober 1980 tot april 1981 en van november 1985 tot mei 1988 minister van Financiën, van december 1981 tot november 1985 minister van Economische Zaken en van juni 1989 tot maart 1992 minister van Buitenlandse Zaken. In 1990 ondertekende en bekrachtigde hij samen met veertien andere regeringsleden een van de meest liberale abortuswetgevingen ter wereld.

Tevens zetelde Eyskens van april 1977 tot mei 2003 voor het arrondissement Leuven in de Kamer van volksvertegenwoordigers. In de periode mei 1977-oktober 1980 zetelde hij als gevolg van het toen bestaande dubbelmandaat ook in de Cultuurraad voor de Nederlandse Cultuurgemeenschap, die op 7 december 1971 werd geïnstalleerd. Vanaf 21 oktober 1980 tot mei 1995 was hij lid van de Vlaamse Raad, de opvolger van de Cultuurraad en de voorloper van het huidige Vlaams Parlement. Na afloop van zijn lange periode als minister werd Eyskens als Kamerlid actief in de commissies Buitenlandse Betrekkingen, Europese Aangelegenheden, Financiën en Begroting.

In 1991 kwam hij als minister van Buitenlandse Zaken in nauwe schoentjes toen terrorist Whalid Khaled in Brussel kwam onderhandelen voor de Aboe Nidalorganisatie over het ruilen van de Silco-gijzelaars tegen Saïd Al Nasr, dader van de aanslag in Antwerpen 1980.[3] Hij overleefde een vertrouwensstemming en verklaarde achteraf: "Mocht ik in de Britse regering hebben gezeten, dan was ik natuurlijk al lang opgestapt. Maar we zijn hier in België. Hier is de politiek een kippenhok."[4]

Van 1980 tot 1981 en van 1985 tot 1988 was Eyskens gouverneur van het Internationaal Monetair Fonds en de Wereldbank, van 1992 tot 2003 lid van de Raad van Europa en van de Vergadering van de West-Europese Unie. Sinds 18 november 1998 is Eyskens Minister van Staat.

Van 2006 tot 2009 was hij ook nog provincieraadslid van Vlaams-Brabant en van 1994 tot 2000 gemeenteraadslid van Leuven.