1995 yılında İnsan Hakları Derneği Diyarbakır Şubesi Yönetim Kurulu üyeliğine seçildi. 1995-2002 yılları arasında İnsan Hakları Derneği Yönetim Kurulu üyeliği, yönetim kurulu başkanlığı, şube başkanlığı ve genel başkan yardımcılığı görevlerinde bulundu.
3 Kasım 2002 seçimlerinde DEHAP’tan Diyarbakır milletvekili adayı oldu; ancak parti barajı geçemediğinden seçilemedi. Mayıs 2003-Aralık 2003 tarihleri arasında ABD’de İngilizce eğitimi alan Baydemir, 7 dil bilmektedir. Diyarbakır Barosu, Toplumsal Hukuk Araştırma Vakfı üyelikleri yanı sıra Göç ve İnsani Yardımlaşma Vakfı ve Türkiye İnsan Hakları Vakfı kurucu üyesidir. GABB (Güneydoğu Anadolu Belediyeler Birliği) Kurucu Üyesi ve Başkanıdır. Hâlen Dünya Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler Birliği (UCLG) eşbaşkanıdır.
2009 Türkiye yerel seçimlerinde tekrar Demokratik Toplum Partisi Büyükşehir Belediye Başkan adayı olarak Diyarbakır Büyükşehir Belediye Başkanı seçildi. Kapatılan DTP’den sonra Barış ve Demokrasi Partisi’ne geçti.
Hakkında yüzlerce soruşturma açılan Baydemir hakkında, 13 Ocak 2010 tarihinde Türk mahkemeleri tarafından geçici olarak yurtdışına çıkma yasağı getirilmiştir.
İHD Genel Başkan Yardımcılarından Reyhan Yalçındağ ile evlidir.
Diyarbakır Büyükşehir Belediye Başkanlığı görevini yürüten Baydemir, Şanlıurda Büyükşehir Belediye başkanlığına da aday oldu.