Pada 2008, dia mengundurkan diri sebagai bupati untuk maju dalam Pemilihan Gubernur Sumatera Selatan. Dia terpilih dan menjabat sebagai Gubernur Sumatera Selatan selama dua periode, yakni 2008–2013 dan 2013–2018.
Setelah menyelesaikan masa jabatannya sebagai gubernur, dia tercatat sebagai anggota DPR RI dari daerah pemilihan Sumatera Selatan II.
Salah satu warisan paling dikenal dari Alex Noerdin adalah program sekolah gratis dan berobat gratis. Gagasan tersebut pertama kali diterapkan saat dia menjabat Bupati Musi Banyuasin.
Program itu kemudian diperluas ke tingkat provinsi ketika dia menjadi Gubernur Sumatera Selatan. Kebijakan tersebut ditujukan untuk meningkatkan akses pendidikan dan layanan kesehatan bagi masyarakat.
Program sekolah gratis memungkinkan siswa di Sumatera Selatan memperoleh pendidikan tanpa pungutan biaya tertentu. Sementara program berobat gratis memberikan akses layanan kesehatan bagi warga yang membutuhkan.