Po ogłoszeniu 24 czerwca 2016 wyników referendum w sprawie członkostwa Wielkiej Brytanii w Unii Europejskiej, w którym większość głosujących opowiedziała się za opuszczeniem UE, David Cameron ogłosił rezygnację ze stanowiska lidera Partii Konserwatywnej i zapowiedział swoją dymisję z urzędu premiera po wyborze następcy. Swoją decyzję uargumentował tym, że negocjacje z UE w sprawie zrzeczenia się członkostwa Wielkiej Brytanii muszą rozpocząć się pod przewodnictwem nowego premiera. Po ogłoszeniu Theresy May liderką Partii Konserwatywnej, ustąpił ze stanowiska szefa rządu 13 lipca 2016, a 12 września 2016 zrzekł się mandatu posła do Izby Gmin ze skutkiem natychmiastowym.
Minister spraw zagranicznych Wielkiej Brytanii 13 listopada 2023 premier Rishi Sunak mianował Camerona ministrem spraw zagranicznych w swoim gabinecie; Cameron zastąpił na tym urzędzie Jamesa Cleverly’ego, który objął tekę ministra spraw wewnętrznych. Równocześnie Cameron został powołany w skład Izby Lordów jako par dożywotni z tytułem barona Cameron of Chipping Norton.