W latach 1995–1999 był radnym dzielnicy Spandau, a od 1999 do 2005 posłem do berlińskiej Izby Deputowanych. W 2005 uzyskał mandat deputowanego do Bundestagu z ramienia CDU. W wyborach w 2009, 2013, 2017 ponownie wybierany do niższej izby niemieckiego parlamentu. W wyniku wyborów krajowych w Berlinie w 2021 powrócił w skład Izby Deputowanych, był głównym kandydatem chadeków. Jego ugrupowanie pozostało wówczas w opozycji, a Kai Wegner objął funkcję przewodniczącego frakcji poselskiej CDU.
Wybory do berlińskiego parlamentu z powodu stwierdzonych naruszeń zostały jednak unieważnione. W powtórzonych wyborach z lutego 2023 ponownie wystartował jako główny kandydat swojej partii, utrzymując mandat deputowanego. Kierowana przez niego Unia Chrześcijańsko-Demokratyczna zajęła pierwsze miejsce z wynikiem 28,2% głosów (co uczyniło ją najsilniejszą frakcją w Izbie Deputowanych pierwszy raz od 1999). Po wyborach CDU i Socjaldemokratyczna Partia Niemiec zawiązały koalicję. 27 kwietnia 2023 krajowy parlament wybrał Kaia Wegnera na nowego burmistrza;