En 1989, Lucien Lux entre à la Chambre des députés, en tant que représentant de la circonscription Sud, et quitte l'OGB-L. Il est réélu en 1994 et en 1999.
Il est élu secrétaire général du LSAP en 2002 et est chargé des élections législatives de 2004, où il est une nouvelle fois réélu. Le LSAP intègre alors la coalition gouvernementale, à la place du Parti démocratique et Lucien Lux est nommé Ministre de l'Environnement et Ministre des Transports. Il occupe ces postes jusqu'à leur suppression en 2009. Il retourne alors à la Chambre des députés, où il est réélu en 2009.