Réélu en 2007, puis en 2011, il est élu en 2011 vice-président du Sénat pour le parti Droit et justice, dont il est membre depuis 2008.
Le , quelques semaines après la victoire du parti Droit et justice aux élections législatives du 25 octobre précédent, Stanisław Karczewski est désigné candidat à la présidence du Sénat par le parti majoritaire. Deux jours plus tard, il est effectivement élu président de la chambre haute par 93 voix sur 100 sénateurs. Il succède à Bogdan Borusewicz, qui détient le record de longévité à cette fonction.
Après le changement de majorité sénatoriale consécutif aux élections de 2019, il redevient vice-président du Sénat, la présidence revenant à Tomasz Grodzki de la Plate-forme civique, lui aussi chirurgien. En , en pleine pandémie de Covid-19, il démissionne de cette fonction pour redevenir simple sénateur et reprendre l'exercice de son métier de médecin.
