En 2017, après avoir rejoint La République en Marche, le soutien d'Emmanuel Macron à la présidentielle qu'est Cédric Villani se présente aux élections législatives. C'est dans la cinquième circonscription de l'Essonne, où il réside depuis 2009, qu'il se présente alors. Le "mathématicien qui fait de la politique" est élu avec 69,36% des voix au deuxième tour, face à l'archifavorite candidate des Républicains Laure Darcos, et avec la plus forte proportion d'électeurs inscrits sur les listes électorales (31,3%). Depuis son élection, il a notamment rendu un rapport sur l'enseignement des mathématiques en France et a été chargé d'une mission parlementaire sur l'intelligence artificielle. Plusieurs fois annoncé au gouvernement, il n'a finalement jamais rejoint l'équipe d'Edouard Philippe.
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