Od 2007 do 2009 był szefem gabinetu politycznego premiera Flandrii Krisa Peetersa. W marcu 2013 z rekomendacji CD&V został powołany na stanowisko ministra finansów w rządzie Elia Di Rupo. W maju 2014 z listy flamandzkich chadeków wybrany do Izby Reprezentantów. W październiku tego samego roku w nowym gabinecie, na czele którego stanął Charles Michel, został ministrem sprawiedliwości. W grudniu 2018 przejął dodatkowo obowiązki dyrektora do spraw budownictwa. W 2019 uzyskał reelekcję w wyborach do niższej izby federalnego parlamentu.
W czerwcu 2019 Kris Peeters ustąpił z funkcji rządowych ze skutkiem na 1 lipca w związku z wyborem do Europarlamentu. Koen Geens otrzymał wówczas dodatkowo nominację na stanowisko wicepremiera. Pozostał na dotychczasowych stanowiskach rządowych, gdy w październiku 2019 na czele przejściowego gabinetu stanęła Sophie Wilmès. W listopadzie, w związku z odejściem Didiera Reyndersa do Komisji Europejskiej, przejął dodatkowo obowiązki ministra spraw europejskich. Ponownie mianowany na dotychczasowe funkcje w marcu 2020, gdy Sophie