W marcu 2008 został członkiem Zespołu Doradców Strategicznych przy prezesie Rady Ministrów. 13 listopada tego samego roku został powołany na podsekretarza stanu w Ministerstwie Finansów, a 29 kwietnia 2013 został dodatkowo głównym rzecznikiem dyscypliny finansów publicznych. Z obydwu stanowisk odwołano go 27 listopada 2013. Między kwietniem a sierpniem 2011 oraz od września 2011 do marca 2012 był członkiem Komisji Nadzoru Finansowego jako przedstawiciel ministra właściwego do spraw instytucji finansowych.
20 listopada 2013 premier Donald Tusk ogłosił jego nominację na stanowisko ministra środowiska. Urząd ten objął 27 listopada 2013 na skutek powołania go przez prezydenta RP Bronisława Komorowskiego. 22 września 2014 objął to samo stanowisko w rządzie Ewy Kopacz. W wyborach parlamentarnych w 2015 z listy Platformy Obywatelskiej bez powodzenia kandydował do Sejmu w okręgu wyborczym nr 25. 16 listopada 2015 zakończył pełnienie funkcji ministra. W wyborach prezydenckich w 2020 był doradcą kandydata niezależnego Szymona Hołowni ds. środowiska.
W 2016 objął funkcję prezesa fundacji Centrum Myśli Strategicznych.
Życie prywatne Syn Andrzeja Grabowskiego i Katarzyny Milewskiej. Wnuk sędziego Stefana Grabowskiego.