En 1905, le président Theodore Roosevelt le nomme dans son cabinet comme secrétaire à la Marine. Puis, de 1906 à la fin du mandat du président Roosevelt, il est procureur général des États-Unis (équivalent de ministre de la Justice). Il est actif dans les poursuites contre les trusts et est un des principaux responsables de la fin du monopole du tabac. Le , il crée le Bureau of Investigation (BOI), ancêtre de l’actuel FBI[1], en embauchant les dix premiers agents de son histoire.
Charles Joseph Bonaparte meurt à Bella Vista (à l’origine désigné sous le nom de Mount Vista Estates) dans le comté de Baltimore, dans le Maryland, victime de la chorée. Il est enterré dans le cimetière de Loudon Park(en) à Baltimore.
Il avait épousé, le 1er septembre 1875, Ellen Channing Day (1852–1924), fille du procureur Thomas Mills Day et d'Anna Jones Dunn. Le couple n'eut pas d'enfants.