En las elecciones federales del año 2000, formó, junto con el Partido Acción Nacional (PAN), la Alianza por el Cambio, la cual resultó vencedora de los comicios y consiguió la presidencia de la República para el candidato panista Vicente Fox Quesada.

En 2021, ganó su segunda gubernatura en su historia y única en posesión actual, en San Luis Potosí.

Desde que obtuvo su primer registro como partido político el 28 de febrero de 1991, ha sido controlado por una sola familia: Su primer presidente era Jorge González Torres (funcionario público y antiguo miembro del PRI), quien fue sucedido en la presidencia del partido por su hijo, Jorge Emilio González Martínez (quien se desempeñó como senador para el periodo 2000-2006 y apodado "el Niño Verde") desde 2001 hasta el 2011.

En las elecciones federales de 1994 y 1997 el partido incrementó notablemente su votación, con lo que logró posicionarse como cuarta fuerza política en México.

En esta capacidad el partido acordó aliarse con el PAN para participar en las elecciones federales de 2000 bajo el nombre Alianza por el Cambio.

[14]​ El partido a través del presidente del senado, Pablo Escudero, y otros militantes, propusieron como candidato presidencial al senador y coordinador de su bancada en el senado, Carlos Puente,[15]​aspiración que en su momento aceptó aún si se discutía la posibilidad de una alianza con el PRI.

[16]​ Este partido también consideró la posibilidad de unirse a un "frente amplio opositor" propuesto por el PAN y el PRD.

[18]​ El PVEM trató de integrarse en la coalición opositora entonces llamada Frente Ciudadano por México, sin mucho éxito, solamente concretando alianzas locales.

[12]​ En 2023, al momento de seleccionar al candidato de coalición para las elecciones federales del 2024, se mencionó originalmente solo a Marcelo Ebrard,Claudia Sheinbaum, Adán Augusto López y Ricardo Monreal Ávila como posibles candidatos.

[25]​ El partido ha basado su propuesta en la conservación del ambiente y de los recursos naturales, así como el supuesto combate a la corrupción.

[34]​ Así mismo, el partido verde se ha convertido en el principal instituto político acreedor de quejas y denuncias por desacato a la autoridad electoral y violación a la ley; en cinco meses el partido verde acumuló 27 quejas electorales por violación a la ley electoral y financiamiento ilegal, veinte fueron promovidas por distintos partidos, cuatro desde el poder legislativos y dos quejas ciudadanas, con lo que ha acaparado las denuncias en el proceso electoral, y derivado de las elecciones de 2012, el partido ha sido multado por 194 millones de pesos, la multa más grande contra un partido desde el caso Pemexgate.

En 2019 se integró en alianza con los partidos Movimiento de Regeneración Nacional (Morena) y el Partido del Trabajo (PT) conformando la coalición «Juntos Haremos Historia» en los estados de Baja California, Puebla y Quintana Roo donde se celebrarían elecciones en el mismo año.