Od 1989 do 1990 stał na czele Narodowego Komitetu Obywatelskiego Estonii, następnie do 1992 przewodniczył Komitetowi Estonii – organowi wykonawczemu Kongresu Estonii, quasi-parlamentowi z okresu odzyskiwania niepodległości. Od 1992 do 2004 Tunne Kelam sprawował mandat posła do Zgromadzenia Państwowego, do 2003 był wiceprzewodniczącym parlamentu, a do 1995 przewodniczącym delegacji do Zgromadzenia Parlamentarnego Rady Europy. Zasiadał też w samorządzie jako radny Tallinna i gminy Viimsi. Reprezentował estoński parlament w Konwencie Unii Europejskiej.

W 2004 uzyskał mandat deputowanego do Parlamentu Europejskiego z ramienia Związku Ojczyźnianego. W VI kadencji PE pracował w Komisji Rozwoju Regionalnego, został też członkiem prezydium grupy EPP-ED. W wyborach z 2009 skutecznie ubiegał się o reelekcję z listy ugrupowania Isamaa ja Res Publica Liit.