Łukasz Mikołajczyk w 2010 i 2014 uzyskiwał z ramienia PiS mandat radnego powiatu ostrowskiego.
W wyborach parlamentarnych w 2015 został wybrany do Senatu IX kadencji w okręgu wyborczym nr 95.
W 2018 kandydował na prezydenta Ostrowa Wielkopolskiego, zajmując 2. miejsce z wynikiem 20,36 proc. głosów (dotychczasowa prezydent Beata Klimek zwyciężyła w I turze). W 2019 nie uzyskał senackiej reelekcji.