Cuando estalló la Revolución de Febrero en 1917, Kerensky -junto con Pavel Milyukov- fue uno de sus líderes más destacados. Como uno de los oradores más conocidos de la Duma contra la monarquía y como abogado y defensor de muchos revolucionarios, Kerensky se convirtió en miembro del Comité Provisional de la Duma Estatal y fue elegido vicepresidente del recién formado Soviet de Petrogrado. Estos dos organismos, la Duma y el Soviet de Petrogrado, o -más bien- sus respectivos comités ejecutivos, pronto se convirtieron en antagonistas el uno del otro en la mayoría de los asuntos, excepto en lo relativo al fin de la autocracia del zar.
El Soviet de Petrogrado llegó a tener entre 3000 y 4000 miembros, y sus reuniones podían ahogarse en un borrón de oraciones interminables. En la reunión del 12 de marzo de 1917 al 13 de marzo de 1917 se formó el Comité Ejecutivo del Soviet de Petrogrado, o Ispolkom, un comité autodesignado, con (eventualmente) tres miembros de cada uno de los partidos representados en el Soviet. Kerensky se convirtió en uno de los miembros que representaban al Partido Social Revolucionario (los eseristas).
El 14 de marzo de 1917, sin consultar al gobierno, el Ispolkom del Soviet emitió la infame Orden nº 1, destinada únicamente a la guarnición de 160.000 soldados de Petrogrado, pero que pronto se interpretó como aplicable a todos los soldados del frente. La orden estipulaba que todas las unidades militares debían formar comités como el Soviet de Petrogrado. Esto llevó a la confusión y al «despojo de la autoridad de los oficiales»; además, la «Orden nº 3» estipulaba que los militares estaban subordinados al Ispolkom en la jerarquía política. Las ideas provenían de un grupo de socialistas y pretendían limitar el poder de los oficiales a los asuntos militares. Los intelectuales socialistas creían que los oficiales eran los elementos contrarrevolucionarios más probables. El papel de Kerensky en estas órdenes no está claro, pero participó en las decisiones. Pero al igual que antes de la revolución había defendido a muchos que no querían al zar, ahora salvó la vida de muchos de los funcionarios del zar que estaban a punto de ser linchados por las turbas.
Además, la Duma formó un comité ejecutivo que acabó convirtiéndose en el llamado Gobierno Provisional Ruso. Como había poca confianza entre el Ispolkom y este Gobierno (y como estaba a punto de aceptar el cargo de Fiscal General en el Gobierno Provisional), Kerensky pronunció un discurso de lo más apasionado, no sólo ante el Ispolkom, sino ante todo el Soviet de Petrogrado. Entonces juró, como ministro, no violar nunca los valores democráticos, y terminó su discurso con las palabras «No puedo vivir sin el pueblo. En el momento en que empecéis a dudar de mí, matadme». La inmensa mayoría (obreros y soldados) le brindó un gran aplauso, y Kerensky se convirtió ahora en el primero y el único que participó tanto en el Gobierno Provisional como en el Ispolkom. Como enlace entre el Ispolkom y el Gobierno Provisional, el bastante ambicioso Kerensky se benefició de esta posición.
Después de la primera crisis de gobierno por la nota secreta de Pavel Milyukov que volvía a comprometer a Rusia con sus objetivos bélicos originales el 2-4 de mayo, Kerensky se convirtió en el Ministro de la Guerra y en la figura dominante del recién formado gobierno de coalición socialista-liberal. El 10 de mayo (calendario juliano), Kerensky partió hacia el frente y visitó una división tras otra, instando a los hombres a cumplir con su deber. Sus discursos fueron impresionantes y convincentes por el momento, pero tuvieron poco efecto duradero». Bajo la presión de los aliados para que continuara la guerra, lanzó lo que se conoció como la Ofensiva Kerensky contra el Ejército del Sur austro-húngaro/alemán el 1 de julio de 1917. Al principio tuvo éxito, pero pronto la ofensiva encontró una fuerte resistencia y las Potencias Centrales replicaron con un fuerte contraataque. El ejército ruso retrocedió y sufrió grandes pérdidas, y quedó claro, por los numerosos incidentes de deserción, sabotaje y motín, que el ejército ya no estaba dispuesto a atacar.
Los militares criticaron duramente a Kerensky por su política liberal, que incluía despojar a los oficiales de sus mandatos y entregar el control a los «comités de soldados» (ruso: солдатские комитеты, romanizado: soldatskie komitety); la abolición de la pena de muerte; y permitir la presencia de agitadores revolucionarios en el frente. Muchos oficiales se referían en broma al comandante en jefe Kerensky como el «persuasor en jefe»
El 2 de julio de 1917 la primera coalición del Gobierno Provisional se derrumbó por la cuestión de la autonomía de Ucrania. Tras los disturbios de los Días de Julio en Petrogrado (3-7 de julio de 1917) y la supresión oficial de los bolcheviques, Kerensky sucedió al príncipe Lvov como primer ministro de Rusia el 21 de julio de 1917. Tras el asunto Kornilov, un intento de golpe de estado militar a finales de agosto, y la dimisión de los demás ministros, se nombró a sí mismo Comandante Supremo en Jefe.
El 15 de septiembre Kerensky proclamó a Rusia como una república, lo que era contrario al entendimiento de los no socialistas de que el Gobierno Provisional debía mantener el poder sólo hasta que se reuniera una Asamblea Constituyente para decidir la forma de gobierno de Rusia, pero que estaba en línea con el objetivo largamente proclamado por el Partido Socialista Revolucionario. Formó un Directorio de cinco miembros, compuesto por él mismo, el ministro de Asuntos Exteriores Mijail Tereshchenko, el ministro de Guerra General Aleksandr Verkhovsky , el ministro de Marina Almirante Dmitry Verderevsky y el ministro de Correos y Telégrafos Aleksei Nikitin . Mantuvo su puesto en el gobierno de coalición final en octubre de 1917 hasta que los bolcheviques lo derrocaron el 7 de noviembre de 1917.
Kerensky se enfrentaba a un gran reto: tres años de participación en la Guerra Mundial habían agotado a Rusia, mientras que el gobierno provisional ofrecía poca motivación para una victoria fuera de continuar con las obligaciones de Rusia hacia sus aliados. La continuación de la participación de Rusia en la guerra no era popular entre las clases bajas y medias, y especialmente no era popular entre los soldados. Todos ellos habían creído que Rusia dejaría de luchar cuando el Gobierno Provisional tomara el poder, y posteriormente se sintieron engañados. Además, Vladimir Lenin y su partido bolchevique prometían «paz, tierra y pan» bajo un sistema comunista. El ejército ruso, cansado de la guerra, mal equipado, desanimado y mal disciplinado, se estaba desintegrando, y los soldados desertaban en gran número. Para el otoño de 1917, se estimaba que dos millones de hombres habían abandonado extraoficialmente el ejército.
Kerensky y otros líderes políticos continuaron con la participación de Rusia en la Primera Guerra Mundial, pensando que nada más que una gloriosa victoria era el único camino a seguir, y temiendo que la economía, ya sometida a una enorme tensión por el esfuerzo bélico, pudiera volverse cada vez más inestable si los suministros vitales de Francia y del Reino Unido dejaban de fluir. El dilema de la retirada era grande, y la política incoherente y poco práctica de Kerensky desestabilizó aún más al ejército y al país en general.
Además, Kerensky adoptó una política que aislaba a los conservadores de derechas, tanto a los democráticos como a los monárquicos. Su filosofía de «no tener enemigos a la izquierda» dio mucho poder a los bolcheviques y les dio vía libre, permitiéndoles hacerse con el brazo militar o «voyenka» (ruso: Военка) de los soviets de Petrogrado y Moscú. Su detención de Lavr Kornilov y otros oficiales le dejó sin aliados fuertes contra los bolcheviques, que acabaron siendo los adversarios más fuertes y decididos de Kerensky, frente al ala derecha, que evolucionó hacia el movimiento blanco.