V únoru 2006 Ban oznámil svou kandidaturu na post generálního tajemníka OSN, kde na konci roku 2006 nahradí Kofiho Annana. Byl prvním Jihokorejcem, který se ucházel o post generálního tajemníka. Získal nejvíce hlasů v každém ze čtyř slaměných průzkumů, které Rada bezpečnosti OSN uspořádala 24. července 2006, 14. září 2006, 28. září 2006 a 2. října 2006.
V době, kdy probíhaly tyto volby, vystoupil Ban 25. září 2006 v Asijské společnosti v New Yorku, kde hovořil o své kandidatuře a názorech na hlavní problémy OSN. Následujícího dne poskytl rozhovor pro AsiaSource, který vydává Asia Society, kde opět hojně hovořil o nadcházejících výzvách, kterým bude OSN čelit. Začátkem roku vystoupil v Radě pro zahraniční vztahy v New Yorku.
V neformální anketě, která se konala 2. října 2006, získal Ban od patnácti členů Rady bezpečnosti čtrnáct kladných hlasů a jeden záporný; jedinou zemí, která s ním plně nesouhlasila, byla japonská delegace. Ještě důležitější je, že Ban jako jediný unikl vetu, zatímco každý z pěti dalších kandidátů obdržel alespoň jeden hlas "proti" od pěti stálých členů Rady - Čínské lidové republiky, Francie, Ruska, Spojeného království a Spojených států. Po hlasování Šaši Thaur, který skončil na druhém místě, svou kandidaturu stáhl a stálý zástupce Číny při OSN novinářům řekl, že "z dnešního slaměného hlasování je zcela jasné, že ministr Pan Ki-mun je kandidátem, kterého Rada bezpečnosti doporučí Valnému shromáždění".
Dne 9. října 2006 Rada bezpečnosti formálně vybrala Bana jako svého kandidáta. Dne 13. října 2006 přijalo 192členné Valné shromáždění aklamací rezoluci o jmenování Bana generálním tajemníkem.
V roce 2009 Pan Ki-mun v článku o globálním oteplování uvedl:
"Všichni se shodují na tom, že změna klimatu představuje pro lidstvo existenční hrozbu."
21. června 2011 byl jednomyslně zvolen na druhé funkční období generálním tajemníkem OSN.