En el 2004 es electo senador por el Distrito de Bayamón, a la edad mínima de 30 años. Desde su comienzo como senador ha sido un ferviente defensor de la familia y de los derechos de los menores en Puerto Rico. Fue el propulsor de la Ley de la Custodia Compartida y más de 50 leyes aprobadas para el bienestar de la isla.
Presidió la Comisión de Asuntos Municipales y Financieros, y la Comisión de Gobierno durante sus primeros años como senador. Fue el encargado de reorganizar las Agencias del Gobierno, siendo sus mayores logros la reorganización de las Procuradurías, la Administración de Servicios Generales y el Departamento de Corrección, logrando un ahorro estimado de sobre 150 millones de dólares al Gobierno de Puerto Rico.
En el 2012 fue re-electo senador del Distrito de Bayamón y electo como portavoz alterno de la delegación del Partido Nuevo Progresista en el Senado de Puerto Rico.
En el 2016, una vez más es re-electo senador del Distrito de Bayamón y sus compañeros senadores lo seleccionaron como portavoz de la mayoría en el Senado de Puerto Rico. Como portavoz, se ha comprometido a dar la lucha por las causas importantes para el pueblo de Puerto Rico, la reestructuración de la deuda, la igualdad, la familia, la obesidad infantil, los derechos civiles y todos aquellos temas que afectan a los puertorriqueños en su diario vivir.
El senador Carmelo Ríos se ha destacado en diferentes organizaciones nacionales. Es miembro activo del “Puerto Rico Task Force Committee”, General Counsel del Partido Demócrata en Puerto Rico y miembro del Executive Committee, vicepresidente ejecutivo del “National Hispanic Caucus of State Legislators”, co-presidente del “Council of State Governments, Eastern Region”.
Es presidente de la Comisión de Reglas y Calendarios, y miembro ex - officio de todas las comisiones del Senado de Puerto Rico.