Pada Februari 2006, Ban menawarkan diri menggantikan Kofi Annan sebagai Setiausaha Agung PBB yang akan tamat hujung 2006.[6] Inilah pertama kali rakyat Korea Selatan menawarkan diri sebagai Setiausaha Agung PBB.

Ban merupakan empat calon terakhir dalam senarai Majlis Keselamatan PBB. Pada undian ke-4 di Majlis Keselamatan Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu , beliau disokong oleh lima kuasa dunia utama yang mempunyai kuasa veto.[7] Selepas undian ,Shashi Tharoor dari India pula menarik diri.

Ban menggantikan Kofi Annan dari Ghana sebagai Setiausaha Agung Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu mulai 1 Januari 2007.[8]

Pada 6 Jun 2011, Ban Ki-moon mengumumkan pencalonannya untuk penggal kedua[3] sebagai Setiausaha Agung PBB. Tidak terdapat calon yang menentangnya.[9]

Pada 17 Jun 2011, beliau menerima perakuan sebulat suara Majlis Keselamatan PBB,[10] dan pada 21 Jun, pencalonannya disahkan oleh undi sebulat suara[4] di Perhimpunan Agung Pertubuhan Bangsa Bersatu.[11] Penggal baharu 5 tahunnya akan bermula pada 1 Januari 2012 hingga 31 Disember 2016.[12]