Han blei aktiv iFramstegspartiets Ungdom (FpU) i 1988–1992 som styremedlem i Time FpU, Jæren FpU og Rogaland FpU. Han var formann i Helsfyr SinsenFrp i 2002, kassastyrar i Oslo Frp i 2002–2004 og leiar i 2004–2005. Han varvararepresentant i Oslobystyre i 2003–2005, varamedlem av Frpssentralstyre i 2005–2006 og blei 2. nestleiar i partiet i 2013.

Solvik-Olsen var spesialrådgivar forstortingsgruppa til Framstegspartiet i 2001–2005. For periodane 2005–2013 var hanstortingsrepresentant for Framstegspartiet frå Rogaland. Som stortingsrepresentant frå 2005 engasjerte Solvik-Olsen seg for det meste i energi- og finanspolitikk. I åra 2005–2011 var han medlem avStortingetsenergi- og miljøkomité. Frå 2011 blei han finanspolitisk talsmann for Framstegspartiet, og frå 2011 til 2013 var han første nestleiar ifinanskomiteen på Stortinget.

Solvik-Olsen varsamferdselsminister iregjeringa Solberg frå 2013 til han flytta til USA i 2018. Av familiære omsyn ønskte ikkje Solvik-Olsen å bli renominert og attvalt som stortingsrepresentant i 2013. Han gjekk òg av som statsråd i 2018 av private grunnar. Etter eit utanlandsopphald kom han tilbake i politikken og vart igjen valt som nestleiar i 2021 under den nye partileiarenSylvi Listhaug.

Solvik-Olsen var ein av dåverande partileiarSiv Jensen sine næraste og mest fortrulege støttespelarar. Han blir rekna som ein av dei mest kunnskapsrike ogdebattsterke i partiet, med legning forideologisk tenking. Solvik-Olsen er bådeavhaldmann og nært knytt tilpinserørsla. Solvik-Olsen arbeider òg for meir ressursar til politi og helseføretak, betre vilkår for industrien og for å reduserebompengefinansieringa.

Solvik-Olsen har vore miljøpolitisk talsmann for Framstegspartiet og kritisk til at miljøproblema er menneskeskapte, men har kome med forslag om å forske på kjernekraft og meir vasskraftutbygging for å få ned utsleppa. Han melde seg ut avstatskyrkja i 2010 i protest mot at leiande personar i Kyrkja stod fram og åtvara mot oljeverksemd utanforLofoten,Vesterålen ogSenja.