唐绍仪少年留美，已接受民主共和思想的熏陶。经过南北议和与孙中山接触，唐绍仪的思想立场更向民主共和方面转变。民国元年(1912年)3月23日，唐绍仪出任内阁国务总理后，认为“孙中山的思想，袁世凯的实力”是中国统一的发展基础。一周后，在黄兴、蔡元培的介绍下，唐绍仪加入了同盟会。他由黄兴、蔡元培介绍，并由孙中山监誓，加入了同盟会。当酝酿新政府总理人选时，唐得到革命人和袁世凯的推选及任命，成为中华民国第一任内阁总理。唐绍仪于民国元年(1912年)3月25日到南京内阁，4月迁往北京。唐绍仪出任总理之初，本抱有极大的政治抱负。他挑选宋教仁、蔡元培、陈其美等同盟会骨干成员入阁、担任农林、教育、工商总长，使同盟会会员在政府中占据多数，被称为同盟会中心内阁。唐绍仪勤于公务，注重办事效率，使政府呈现一派新气象。
但是袁世凯大权独揽，对唐绍仪推行责任内阁制、事事都遵守约法等做法甚为不满，在用人、财政、遵守《临时约法》规定的总理附署权等问题上，两人的裂痕加深。唐绍仪主张民国用人，务贵新不贵旧，拒绝袁系赵秉钧(为内阁内务总长)私自安排北洋旧人入阁，赵秉钧竟以辞职威胁。在筹款方面，唐绍仪拒绝英、美、德、法四国银行团提出监督中国财政的无理要求，引起了袁世凯和财政总长及四国银行团的合伙攻击。王芝祥督直事件最终导致了二人分道扬镳。 6月初，直隶省议会选举王芝祥(适加入同盟会)为直隶都督，袁世凯不予承认，并抛开总理附署权，公布另任命令。唐绍仪见《临时约法》已遭到破坏，彻悟袁世凯种种行为，存心欺骗民党，遂于6月15日愤而提出辞呈。
此后，唐绍仪寓居上海数年，与人集资创办金星人寿保险有限公司，自任董事长，但他仍密切关注着政治舞台。民国二年(1913年)，袁世凯刺杀宋教仁，唐绍仪予以强烈的谴责，并拒绝袁世凯拉拢其复任北洋政府总理。民国四年(1915年)，袁世凯复辟，唐绍仪与蔡元培、汪精卫联名致电，警告袁世凯取消帝制野心，并辞职以谢天下。护国军兴起后，唐绍仪再次致电袁世凯，劝其退位。
(注:第一次唐绍仪内阁:成立于民国元年(1912年)3月13日。中华民国临时约法制立后的第一个内阁，也是袁世凯担任大总统时期的第一个内阁。第二次唐绍仪内阁:成立于民国十一年(1922年)8月5日，结束于同年9月19日。国务总理唐绍仪并没有到任)
南下革命
民国五年(1916年)5月，段祺瑞组阁，以唐绍仪为外交总长。9月17日抵达北京就任，9月25日遭到督军团的通电反对，于是于9月29日辞职。同年6月，袁世凯暴毙。黎元洪继任总统，但皖系军阀段祺瑞大权在握。唐绍仪顿觉中国又有了希望，希望就在于孙中山能够成为领袖，领导人民走民主的道路。他力主恢复旧约法和国会，站在孙中山革命派的立场上，多次拒绝北洋军阀的拉拢。。
民国六年(1917年)8月，唐绍仪南下参加护法运动。9月17日，孙中山就任军政府的大元帅，并任命他为财政部长，但他始终未就任。
民国七年(1918年)5月，军政府改为总裁制，唐绍仪被国会推为七总裁之一。
民国八年(1919年)初，第二次南北和谈，北洋军阀政府与护法军政府谈判议和，唐绍仪担任南方总代表。他维护孙中山的护法旗帜，但其主张被北方代表拒绝，同时也为把持南方军政府的桂系军阀所不容，因此被撤掉总代表之职。南北和谈历时年余，终未达成协议。5月4日，北京爆发五四运动，运动期间唐绍仪表现出很大的热情，通电北洋政府表示支持爱国学生。他去电巴黎，要求出席巴黎和会的中国代表、他的女婿顾维钧拒绝在和约上签字。
民国九年(1920年)6月，唐绍仪与孙中山等在上海通电反对桂系军阀，正式脱离军政府，赴上海坚持斗争。11月，桂系军阀势力被驱逐出广东，唐绍仪随孙中山回到广州，重建军政府。此时二人的政治主张已发生分歧，唐绍仪认为孙中山的理想太高，难以实现，且孙中山所制定的总统制与他的政党政治和责任内阁制理想亦不符。次年5月5日，孙中山就任非常大总统，仍以唐绍仪为财政部长。但唐绍仪拒绝出任，在政治上表现消沉，寓居上海闭门不出。
民国十六年(1927年)，南京国民政府成立后，唐绍仪挂名为中国国民党中央监察委员和国府委员。
担任县长
民国十八年(1929年)，唐绍仪就任中山县训政实施委员会主席，在就职词中表示要用25年的时间将中山模范县建成与世界大都市相媲美的新型城市，建大港口，拟修大铁路，想方设法，决心将中山县建设成“全国各县之模范”。
民国二十年(1931年)3月16日，唐绍仪兼任中山县县长，集中精力实施建设模范县的计划。该计划包括基本建设、发展实业、加强农渔业和乡村建设、引进外资和发展教育诸方面，而以开辟唐家无税商港为重点。他多次邀请粤省要人和专家前往唐家湾考察，还编印《中山县发展大纲》，散发到港澳和海外，想方设法从各方面筹集奖金，一时间，此地成为“粤中最繁盛之区，收入甚钜”。他在任上比较注意为政清廉，革除官吏衙门陋习，并微服察访，及时解决一些实际问题，有布衣县长之称。但唐绍仪遭到广东军阀陈济棠的排挤。5月，任广州国民政府常务委员。
身处漩涡
民国二十年(1931年)5月28日，广州国民政府宣布成立，史称“宁粤分裂”，唐绍仪参加了汪精卫等人在广州组织的反蒋联盟。9月，发生了“九·一八事变”。12月31日，广州国民政府举行联席会议，成立国民政府西南政务委员会。唐绍仪是五常委之一。
民国二十一年(1932年)，唐绍仪任国民党中央监察委员、国民政府委员。期间唐绍仪曾秉承蒋介石的旨意与日本人密谈谋和条件。
民国二十三年(1934年)10月，陈济棠通过亲信在中山唆使县兵以索饷为名发动哗变，包围唐绍仪的寓所，逼其去职。
民国二十五年(1936年)，陈济棠发动“两广事变”，公开与南京国民政府对抗，唐绍仪站在蒋介石一边，在国民党五届二中全会上提议撤销国民党中执委西南执行部和国民政府西南政务委员会等机关，从而促使陈济棠兵败下台，事后，唐绍仪举家寓居上海，未再参与政治。
民国二十六年(1937年)，抗日战争爆发后，唐绍仪未转移后方，滞留上海。上海沦陷后，唐绍仪将妻室子女送往香港，自己没有西撤，仍留居上海法租界福开森路。
由于唐绍仪的政治声望引起日伪政权的注意，故被视为“以华制华”傀儡的最佳猎物。日本有了一个所谓“南唐北吴(吴佩孚)”计划，日本特务头子土肥原贤二还组织了一个对华特别委员会，负责做唐绍仪、吴佩孚的工作，计划由唐绍仪组织全国性伪政府，取蒋介石地位而代之。日本许多特务首脑如谷正文、土肥原贤二等和汉奸陈中孚、温宗尧等频繁往来于唐府。当时国民党特务已经掌握到“伪华中新组织有成立之讯，其名义为华中临时政府，以与华北伪临时政府相呼应，系采三权分立制，人选有总统唐绍仪、行政院长为梁鸿志、司法张耀曾或章士钊、立法院长温宗尧、交通由梁鸿志兼、外交陈箓、军政周凤岐、财政陈锦涛、内政陈中孚、教育陈群并兼上海或南京市长，成立后更进一步而与华北伪组织合并。”特务乃通过各种途径警告他们切勿为日人所利用。
因而广州抗敌后援会于民国二十七年(1938年)3月上旬去电唐绍仪，请其脱离恶势力的包围，刻日南归，唐绍仪不予答复。到了3月19日，广州各界人士及社团在省民众教育馆二楼开会，会上由广州市各社会团体联衔电催唐绍仪南归，电文说:“请公善保晚节，否则自堕名誉，遗臭万年”，并汇去旅费2万元。唐仍置之不理，旅费也不肯收。唐绍仪对于自己出处的荣辱得失，有充分考虑;但是又以身居日寇包围中的孤岛上海而不愿得罪任何一方，便采取与各方暧昧不明的态度，这就不能不引起多方揣测，置自身于险境。
晚年遇刺
民国二十七年(1938年)9月28日上午，土肥原贤二在唐绍仪女婿岑德广的带领下，亲自赴唐宅长谈，拉拢唐绍仪出山。潜伏于上海的国民党军统特务侦知此事后，汇报给重庆方面，蒋介石指示军统局负责人戴笠派一得力人员到上海把唐绍仪除掉。戴笠派赵理君赴沪暗杀唐绍仪。 9月30日，赵理君至武康路唐家借鉴赏古玩之名，潜入其家中，用利斧将其暗杀。赵理君逃跑后，唐绍仪随即被送附近的广慈医院抢救，于9月30日凌晨3:50气绝，时年七十五岁。
唐绍仪遇刺后，一些国民党元老十分不满没有掌握唐绍仪失节确证，就将其杀害。消息传出后，上海舆论一时大哗。10月5日，重庆方面以国民政府主席林森、行政院长孔祥熙等名义，特地颁布《唐绍仪褒扬令》，同时拨付治丧费5000元，并令将唐绍仪生平事迹“宣付国史”，以平息风波。国史馆撰写的《唐绍仪传》，称唐绍仪晚年被日本人拉拢，要其充当傀儡，“终不肯出”。