А.В. Карташев являлся активным сторонником обновления церковной жизни, реформирования отношений между церковью и государством, сторонником свободы церкви в ее внутренних делах. Подлинную популярность Антон Владимирович снискал в качестве председателя петербургского Религиозно-философского общества, которое он возглавил в 1909 году. Его многочисленные доклады, выступления на диспутах имели большой резонанс в Петербурге. Один из основателей кадетской партии – И.В. Гессен в своих мемуарах описывает его как «блестящего оратора с симпатичным лицом и вдохновенными глазами».
А.В. Карташев горячо приветствовал Февральскую революцию и в первые же дни после падения самодержавия вступил в кадетскую партию, стал членом ее ЦК и одним из лидеров. Он входил в группу В.А. Маклакова, А.С. Изгоева, П.И. Новгородцева, которые возглавляли правое крыло партии. Лидер кадетской партии П.Н. Милюков высоко отзывался об участии Карташева в партийной деятельности: «А.В. Карташев, религиозный мыслитель, необыкновенно быстро освоившийся с чуждой ему областью политики, перенес в нее серьезность и честность стремлений, соединенную с большой наблюдательностью и правильностью понимания людей и положений».
Важнейшее направление партийной деятельности А.В. Карташева – культурно-просветительское. В 1917 году кадеты выступили инициаторами создания различных организаций интеллигенции – профессиональных, женских и прочих, стремясь через них укрепить свое влияние. Антон Владимирович играл заметную роль в литературно-общественном кружке имени Герцена, очень популярном среди петроградской интеллигенции. Весной 1917 года началось сближение А.В. Карташева с известным правым либералом П.Б. Струве. В мае 1917 года Струве создал ассоциацию, предназначенную для пропаганды русских национальных ценностей и названную Лигой русской культуры. «Впервые в русской истории, – писал Струве в манифесте Лиги, – чисто культурная проблема национальности отчетливо отделяется от политических требований и программ». Непосредственная цель Лиги заключалась в том, чтобы внедрять в сознание русской интеллигенции чувство общей национальной судьбы. Формальное учреждение Лиги состоялось 7 июня 1917 года. А.В. Карташев вошел в руководящий орган Лиги – Временный комитет (вместе с председателем IV Государственной думы М.В. Родзянко и депутатами Думы В.В. Шульгиным и Н.В. Савичем).
Кадетская партия стремилась расширить и свое влияние в провинции. Многие члены ЦК отвечали за тот или другой регион. А.В. Карташеву досталась Вологодская губерния. Он установил связи с вологодскими кадетами, неоднократно приезжал в Вологду с лекциями по религиозным и национальным вопросам. Постановлением IX съезда Конституционно-демократической партии Карташев был включен в список головных кандидатов партии на выборах в Учредительное собрание. В конце сентября 1917 года в Вологде состоялся общегубернский съезд кадетской партии с целью определить список кандидатов от партии в Учредительное собрание. «На почве взаимного доверия, – писала местная кадетская пресса, – был составлен и утвержден список кандидатов из десяти человек». Первым в списке стоял Карташев. Остальные – вологодские кадеты из различных городов губернии. Во время выборов в Учредительное собрание в ноябре 1917 года в Вологде за кадетский список проголосовало 5973 человека, что составило 37,9 % от всех принявших участие в голосовании (больше, чем за любую другую политическую партию). Кадеты одержали победу и в других городах губернии, однако большинство крестьянского населения проголосовало за эсеров, и ни один кадет в Учредительное собрание от Вологодской губернии не прошел.
К 1917 году Антон Владимирович уже являлся признанным религиозным мыслителем. Поэтому неудивительно, что его политическая деятельность была тесно связана прежде всего с церковными проблемами. До революции многие священники были недовольны существующим состоянием дел, считая, что абсолютная власть Святейшего синода не соответствует церковному канону, так как нарушает принцип соборности и подчиняет духовное светской власти. По мнению большинства иерархов, Церковью должен управлять не Синод, а выборный Поместный собор. Епископы также рекомендовали отменить должность обер-прокурора Святейшего синода как носителя светского господства. В целом церковные иерархи тяготели к переходу от самодержавия к соборности как основному структурному принципу православного общества.
В дни Февральской революции Святейший синод, как и все общество, охватили антимонархические настроения, что выразилось в отказе поддержать рухнувшую монархию и в одобрении передачи вопроса о власти на усмотрение Учредительного собрания. Октябрист Владимир Николаевич Львов был назначен Временным правительством новым обер-прокурором, распустил старый Синод и сформировал новый. Львов стремился привлечь в Синод новых авторитетных деятелей, и, по настоятельному совету многих депутатов IV Государственной думы, 25 марта 1917 года А.В. Карташев был назначен товарищем обер-прокурора Святейшего синода.