В феврале 2006 года Пан Ги Мун объявил о выдвижении своей кандидатуры, чтобы заменить Кофи Аннана на посту Генерального секретаря ООН в конце 2006 года. Он стал первым южнокорейцем, баллотировавшимся на пост Генерального секретаря. Он получил наибольшее количество голосов в каждом из четырех соломенных опросов, проведенных Советом Безопасности ООН 24 июля 2006 года, 14 сентября 2006 года, 28 сентября 2006 года и 2 октября 2006 года.
25 сентября 2006 года, когда проходили эти опросы, Пан Ги Мун выступил в Азиатском обществе в Нью-Йорке, рассказав о своей кандидатуре и взглядах на основные проблемы, стоящие перед ООН. На следующий день он дал интервью AsiaSource Азиатского общества, где снова много говорил о предстоящих задачах, стоящих перед ООН. Ранее в этом году он выступал в Совете по международным отношениям в Нью-Йорке.
В ходе неофициального опроса, проведенного 2 октября 2006 года, Пан Ги Мун получил четырнадцать голосов "за" и один "против" от пятнадцати членов Совета Безопасности; японская делегация была единственной страной, которая не выразила полного согласия. Что еще более важно, Пан Ги Мун был единственным, кому удалось избежать вето, в то время как каждый из пяти других кандидатов получил как минимум один голос "против" от пяти постоянных членов совета - Китайской Народной Республики, Франции, России, Великобритании и Соединенных Штатов. После голосования Шаши Тарур, занявший второе место, снял свою кандидатуру, а постоянный представитель Китая при ООН заявил журналистам, что "по результатам сегодняшнего голосования совершенно ясно, что министр Пан Ги Мун является кандидатом, которого Совет Безопасности будет рекомендовать Генеральной Ассамблее".
9 октября 2006 года Совет Безопасности официально выбрал Пан Ги Муна в качестве своего кандидата. 13 октября 2006 года Генеральная Ассамблея, состоящая из 192 членов, путем аккламации приняла резолюцию о назначении Пан Ги Муна Генеральным секретарем.
В 2009 году Пан Ги Мун, говоря о глобальном потеплении, заявил:
"Все согласны с тем, что изменение климата является экзистенциальной угрозой для человечества"
21 июня 2011 года единогласным голосованием он был переизбран на второй срок в качестве Генерального секретаря ООН.