W Sejmie był wiceprzewodniczącym sejmowej Komisji Sprawiedliwości i Praw Człowieka oraz członkiem sejmowej Komisji Spraw Zagranicznych, a także delegatem Zgromadzenia Parlamentarnego Rady Europy (2013–2014).
W październiku 2013, w wyniku przekształcenia Ruchu Palikota, został posłem partii Twój Ruch. Jako poseł zgłosił ponad 100 interpelacji, dotyczących m.in. spraw osób LGBT, praw człowieka, równości kobiet i mężczyzn, polityki zagranicznej, a także ochrony zwierząt. Był wiceprzewodniczącym Komisji Sprawiedliwości i Praw Człowieka, jak też dwóch parlamentarnych zespołów, a także członkiem Komisji Spraw Zagranicznych. W trakcie kadencji miał blisko 140 wystąpień, wziął udział w 83% głosowań. Reprezentował Sejm w Zgromadzeniu Parlamentarnym Rady Europy i to się pokrywało z pracą w Sejmie. W 2014 został nagrodzony przez tygodnik „Polityka” na podstawie rankingu przeprowadzonego wśród polskich dziennikarzy parlamentarnych jako jeden z 10 najlepszych posłów, podkreślając pracowitość, kulturę i duży wkład w prace komisji sprawiedliwości. Jego mandat wygasł 8 grudnia 2014 w związku z wybraniem na funkcję prezydenta miasta Słupska.
Prezydentura Słupska thumb|Robert Biedroń w 2018