Als 1917 die Februarrevolution ausbrach, war Kerenski – zusammen mit Pawel Miljukow – einer ihrer prominentesten Führer. Als einer der bekanntesten Redner der Duma gegen die Monarchie und als Anwalt und Verteidiger vieler Revolutionäre wurde Kerenski Mitglied des Provisorischen Ausschusses der Staatsduma und zum stellvertretenden Vorsitzenden des neu gegründeten Petrograder Sowjets gewählt. Diese beiden Gremien, die Duma und der Petrograder Sowjet bzw. ihre jeweiligen Exekutivkomitees, wurden bald zu Gegnern in den meisten Fragen, außer wenn es um das Ende der Autokratie des Zaren ging.
Der Petrograder Sowjet wuchs auf 3000 bis 4000 Mitglieder an, und seine Sitzungen konnten in einem Wirrwarr von endlosen Reden untergehen. Auf der Sitzung vom 12. März 1917 bis zum 13. März 1917 bildete sich das Exekutivkomitee des Petrograder Sowjets, auch Ispolkom genannt, ein selbsternanntes Komitee, dem (schließlich) drei Mitglieder aus jeder der im Sowjet vertretenen Parteien angehörten. Kerenski wurde eines der Mitglieder, das die Sozialrevolutionäre Partei (die SR) vertrat.
Am 14. März 1917 erließ das Ispolkom des Sowjets ohne jegliche Rücksprache mit der Regierung den berüchtigten Befehl Nr. 1, der nur für die 160.000 Mann starke Petrograder Garnison gedacht war, aber bald als für alle Soldaten an der Front geltend interpretiert wurde. Der Befehl sah vor, dass alle Militäreinheiten Komitees wie den Petrograder Sowjet bilden sollten. Dies führte zu Verwirrung und einer „Entmachtung der Offiziere“; außerdem legte der „Befehl Nr. 3“ fest, dass das Militär in der politischen Hierarchie dem Ispolkom untergeordnet war. Die Ideen stammten von einer Gruppe von Sozialisten und zielten darauf ab, die Macht der Offiziere auf militärische Angelegenheiten zu beschränken. Die sozialistischen Intellektuellen hielten die Offiziere für die am ehesten konterrevolutionären Elemente. Kerenskis Rolle bei diesen Befehlen ist unklar, aber er war an den Entscheidungen beteiligt. Aber so wie er vor der Revolution viele verteidigt hatte, die dem Zaren nicht wohlgesonnen waren, rettete er nun das Leben vieler Beamter des Zaren, die von der Menge gelyncht werden sollten.
Außerdem bildete die Duma ein Exekutivkomitee, das schließlich zur so genannten Russischen Provisorischen Regierung wurde. Da zwischen dem Ispolkom und dieser Regierung wenig Vertrauen herrschte (und er im Begriff war, das Amt des Generalstaatsanwalts in der Provisorischen Regierung anzunehmen), hielt Kerenski eine äußerst leidenschaftliche Rede, nicht nur vor dem Ispolkom, sondern vor dem gesamten Petrograder Sowjet. Danach schwor er, als Minister niemals die demokratischen Werte zu verletzen, und beendete seine Rede mit den Worten „Ich kann nicht ohne das Volk leben. Wenn ihr an mir zu zweifeln beginnt, dann tötet mich“. Die große Mehrheit (Arbeiter und Soldaten) spendete ihm großen Beifall, und Kerenski war nun der erste und einzige, der sowohl der Provisorischen Regierung als auch dem Ispolkom angehörte. Als Bindeglied zwischen dem Ispolkom und der Provisorischen Regierung profitierte der recht ehrgeizige Kerenski von dieser Position.
Nach der ersten Regierungskrise wegen der geheimen Note von Pawel Miljukow, die Russland am 2. bis 4. Mai wieder auf seine ursprünglichen Kriegsziele verpflichtete, wurde Kerenski Kriegsminister und die dominierende Figur in der neu gebildeten sozialistisch-liberalen Koalitionsregierung. Am 10. Mai (julianischer Kalender) brach Kerenski an die Front auf und besuchte eine Division nach der anderen, um die Männer zur Erfüllung ihrer Pflicht zu ermahnen. Seine Reden waren beeindruckend und überzeugend für den Moment, hatten aber wenig nachhaltige Wirkung. Unter dem Druck der Alliierten, den Krieg fortzusetzen, startete er am 1. Juli 1917 die so genannte Kerenski-Offensive gegen die österreichisch-ungarische/deutsche Südarmee. Die Offensive war zunächst erfolgreich, stieß aber bald auf heftigen Widerstand und die Mittelmächte antworteten mit einem starken Gegenangriff. Die russische Armee zog sich zurück und erlitt schwere Verluste, und zahlreiche Vorfälle von Desertion, Sabotage und Meuterei machten deutlich, dass die Armee nicht mehr zum Angriff bereit war.
Das Militär kritisierte Kerenski heftig für seine liberale Politik, die unter anderem vorsah, den Offizieren ihre Mandate zu entziehen und die Kontrolle an revolutionär gesinnte „Soldatenkomitees“ (russ: солдатские комитеты, romanisiert: soldatskie komitety), die Abschaffung der Todesstrafe und die Erlaubnis für revolutionäre Agitatoren, an der Front präsent zu sein. Viele Offiziere bezeichneten den Oberbefehlshaber Kerenski scherzhaft als „Überredungskünstler“
Am 2. Juli 1917 zerbrach die erste Koalition der Provisorischen Regierung an der Frage der Autonomie der Ukraine. Nach den Unruhen der Julitage in Petrograd (3.-7. Juli 1917) und der offiziellen Niederschlagung der Bolschewiki wurde Kerenski am 21. Juli 1917 Nachfolger von Fürst Lemberg als russischer Ministerpräsident. Nach der Kornilow-Affäre, einem versuchten Militärputsch Ende August und dem Rücktritt der anderen Minister ernannte er sich selbst zum Oberbefehlshaber.
Am 15. September rief Kerenski Russland zur Republik aus, was im Widerspruch zur Auffassung der Nichtsozialisten stand, dass die Provisorische Regierung nur so lange an der Macht bleiben sollte, bis eine Konstituierende Versammlung zusammentreten würde, um über die Regierungsform Russlands zu entscheiden, was aber dem seit langem erklärten Ziel der Sozialistischen Revolutionspartei entsprach. Er bildete ein fünfköpfiges Direktorium, das aus ihm selbst, Außenminister Michail Tereschtschenko, Kriegsminister General Aleksandr Werchowski, Marineminister Admiral Dmitri Verderewski und Post- und Telegrafenminister Aleksej Nikitin bestand. Er behielt seinen Posten in der endgültigen Koalitionsregierung im Oktober 1917, bis die Bolschewiki sie am 7. November 1917 stürzten.
Kerenski stand vor einer großen Herausforderung: Drei Jahre Teilnahme am Weltkrieg hatten Russland erschöpft, während die provisorische Regierung außer der Fortführung der Verpflichtungen Russlands gegenüber seinen Verbündeten wenig Motivation für einen Sieg bot. Die fortgesetzte Beteiligung Russlands am Krieg war in der Unter- und Mittelschicht und vor allem bei den Soldaten nicht beliebt. Sie alle hatten geglaubt, dass Russland mit der Machtübernahme durch die Provisorische Regierung aufhören würde zu kämpfen, und fühlten sich nun getäuscht. Außerdem versprachen Wladimir Lenin und seine bolschewistische Partei „Frieden, Land und Brot“ in einem kommunistischen System. Die russische Armee, die kriegsmüde, schlecht ausgerüstet, entmutigt und undiszipliniert war, löste sich auf, und die Soldaten desertierten in großer Zahl. Bis zum Herbst 1917 hatten schätzungsweise zwei Millionen Männer die Armee inoffiziell verlassen.
Kerenski und andere politische Führer setzten Russlands Beteiligung am Ersten Weltkrieg fort, da sie der Meinung waren, dass nur ein glorreicher Sieg der einzige Weg in die Zukunft sei, und befürchteten, dass die Wirtschaft, die durch die Kriegsanstrengungen bereits stark belastet war, immer instabiler werden könnte, wenn die lebenswichtigen Lieferungen aus Frankreich und dem Vereinigten Königreich ausblieben. Das Dilemma, ob man sich zurückziehen sollte, war groß, und Kerenskis inkonsequente und unpraktische Politik destabilisierte die Armee und das Land insgesamt weiter.
Außerdem verfolgte Kerenski eine Politik, die die rechtskonservativen, sowohl demokratisch als auch monarchistisch orientierten Kräfte isolierte. Seine Philosophie „keine Feinde zur Linken“ stärkte die Bolschewiki und gab ihnen freie Hand, so dass sie den militärischen Arm oder „Woyenka“ (russisch: Военка) der Petrograder und Moskauer Sowjets übernehmen konnten. Mit der Verhaftung von Lawr Kornilow und anderen Offizieren hatte er keine starken Verbündeten mehr gegen die Bolschewiki, die schließlich Kerenskis stärkste und entschlossenste Gegner waren, im Gegensatz zum rechten Flügel, der sich zur Weißen Bewegung entwickelte.