Dominique Riquet devient adjoint au maire de Valenciennes, Jean-Louis Borloo, entre 1989 et 1995, puis son premier adjoint entre 1995 et 2001. Il le remplace à la mairie de Valenciennes lorsque celui-ci entre au gouvernement en 2002. Il est réélu au premier tour en . De cette date à 2014, il est vice-président de la communauté d'agglomération Valenciennes Métropole.
Il quitte ses fonctions de maire le , sa première adjointe Valérie Létard assure alors l'intérim. Son successeur, Laurent Degallaix, est élu le et Dominique Riquet devient deuxième adjoint. Depuis les élections municipales de 2014, Dominique Riquet est conseiller municipal de la ville. Les points marquants de son bilan[2] à la mairie de Valenciennes tiennent à la reconversion et au développement industriels de la ville[3], favorisant une réduction du chômage[4], à la rénovation urbaine[5] ainsi qu’à l’ouverture de la ville à son agglomération avec la création de son tramway[2].
Lors de son premier mandat (2009-2014), Dominique Riquet est vice-président de la commission des transports. Il s'intéresse particulièrement au financement des infrastructures de transports, notamment dans le cadre du programme du réseau transeuropéen de transport (RTE-T). Il est également membre titulaire de la commission des budgets. Lors de ce mandat, il est notamment l'un des trois rapporteurs pour le Parlement européen du mécanisme pour l'interconnexion en Europe[7].
En 2014, Dominique Riquet est réélu vice-président de la commission des transports et du tourisme. En 2015, il fonde un intergroupe parlementaire consacré aux investissements de long terme et à la réindustrialisation, qu'il préside depuis lors[9]. Il est par ailleurs membre de la délégation pour les relations avec la république populaire de Chine, membre suppléant de la commission de l'industrie, de la recherche et de l'énergie ainsi que membre suppléant de la délégation pour les relations avec le Japon.
Au Parlement européen, il participe notamment à l’élaboration du quatrième paquet ferroviaire[10],[11],[12],[13] et du plan de financement du canal Seine-Nord Europe[14],[15]. Dans le cadre de l'intergroupe sur les investissements de long terme et la réindustrialisation, il se positionne également en faveur du plan Juncker[16], en appelant toutefois à un investissement de départ plus important encore de la part de la Commission européenne, ainsi que pour son successeur, le programme InvestEU pour la période 2021-2027[17],[18].