W latach 1991–1994 należał do Kongresu Liberalno-Demokratycznego, następnie w latach 1994–2001 działał w Unii Wolności (od 1998 zasiadał w radzie krajowej tej partii). W wyborach do Parlamentu Europejskiego w 2004 startował z listy Inicjatywy dla Polski. W 2009 zaangażował się w działalność powstałego wówczas stowarzyszenia Szczecin XXI. W wyborach samorządowych w 2010 z własnego komitetu „Obudźmy Szczecin” kandydował na urząd prezydenta tego miasta, lecz nie uzyskał wyboru na tę funkcję. W 2017 wstąpił do Prawa i Sprawiedliwości, w kwietniu 2018 został ogłoszony kandydatem tej partii na prezydenta Szczecina w zaplanowanych na ten sam rok wyborach samorządowych. W drugiej turze wyborów przegrał z ubiegającym się o reelekcję Piotrem Krzystkiem. W wyborach tych uzyskał mandat radnego miejskiego.
6 kwietnia 2020 został wybrany na sędziego Trybunału KonstytucyjnegoUchwała Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 6 kwietnia 2020 r. w sprawie wyboru sędziego Trybunału Konstytucyjnego ().. 9 kwietnia Bartłomiej Sochański złożył ślubowanie i rozpoczął tym samym dziewięcioletnią kadencję sędziego TK. 21 lutego 2025 r.