W wyborach samorządowych w 2010 wystartował na urząd burmistrza Obornik z ramienia Platformy Obywatelskiej. W pierwszej turze głosowania 21 listopada otrzymał 6560 głosów (50,40%), pokonując urzędującą burmistrz Annę Rydzewską oraz dwóch pozostałych kandydatów. 6 grudnia 2010 złożył ślubowanie i rozpoczął pełnienie funkcji burmistrza.
W wyborach w 2014 ubiegał się o reelekcję z własnego komitetu wyborczego. Ponownie zwyciężył w pierwszej turze, otrzymując 7426 głosów (63,45%). Jego konkurenci Piotr Desperak i Michał Zieliński otrzymali odpowiednio 26,01% i 10,54% głosów.
W 2018 po raz trzeci został wybrany na burmistrza. Startując z KWW Tomasza Szramy otrzymał 11 156 głosów (79,12%). Tomasz Kamiński uzyskał 9,73%, a Paweł Rydzewski 11,15% głosów.
W wyborach samorządowych w 2024 był jedynym zarejestrowanym kandydatem na urząd burmistrza Obornik. Zgodnie z Kodeksem wyborczym przeprowadzono głosowanie „za” lub „przeciw” jego wyborowi. Za kandydaturą Szramy oddano 10 027 głosów (85,13%), a przeciw 1752 głosy (14,87%). Frekwencja wyniosła 47,16%.