У 1972 вибранийобраний вдо СенатСенату США від Демократичної партії завдяки енергійній передвиборній кампанії, випередивши на 1,4 відсотка голосів популярного республіканського кандидата Кейла Боґґса (Cale Boggs). Незабаром після перемоги Байдена на виборах його дружина Нейлія Гантер (Neilia Hunter), з якою він познайомився під час навчання в юридичному коледжі, і дочка Наомі Христина (Naomi Christina) загинули в автомобільній катастрофі, а сини Джозеф Байден III (Joseph Biden III) і Роберт Гантер (Robert Hunter) отримали важкі опіки. Байден хотів відмовитися від посади, але за наполяганням глави Демократичної партії [[Майк Менсфілд|Майка Менсфілда]] (Mike Mansfield), все ж погодився зайняти цю посаду. Байден знаходився в лікарні поряд з синами, коли 3 січня 1973 його посада була затверджена в Сенаті, що зробило його одним з наймолодших сенаторів в історії США при віковому цензі для цієї посади в 30 років.
У Сенаті увійшов до складу комітетів із зовнішньої політики і правової політики і активно зайнявся законодавчою діяльністю: висував поправки в закони про довкілля і захист прав споживачів. Він критикував Сенат за слабкість по відношенню до уряду США. У 1974 журнал Time включив Байдена в список «200 осіб майбутнього». У січні 1975 Байден увійшов до зовнішньополітичного комітету, а в січні 1977 став членом юридичного комітету Сенату США.
