ב-1978 נבחר קלינטון למושל ארקנסו, והיה למושל הצעיר ביותר בתולדות ארה"ב. שנתיים מאוחר יותר, ב-27 בפברואר 1980, נולדת בתו צ'לסי, במה שהוא מכנה "היום המאושר בחיי".
באותה שנה הוא מפסיד במירוץ לכהונה שנייה כמושל, אך ב-1982 הוא זוכה שנית במשרה. בשנים 1986-1987 כיהן כראש מועצת המושלים.
קלינטון התמקד בזמן כהונתו כמושל בענייני חינוך ורווחה.