Engagé auprès des Jeunesses communistes après son service militaire, Stéphane Peu est élu municipal de Saint-Denis dès 1995, adjoint au maire de la ville, chargé de l’urbanisme, et vice-président du territoire Plaine Commune, délégué à l’habitat et au foncier. Il abandonnera ces mandats lorsqu’il entrera à l’Assemblée nationale pour la première fois en 2017, alors candidat d’union du Parti communiste français et de la France insoumise élu député de Seine-Saint-Denis. Il est réélu en 2022, sous la bannière de la Nouvelle union populaire écologique et sociale (NUPES). Après la dissolution, il se représente aux élections législatives et l’emporte au premier tour, sous les couleurs du Nouveau Front populaire.
Il siège à la commission des affaires économiques. Il est également secrétaire de l’Assemblée nationale. Auteur de plusieurs rapports sur le logement, il est considéré comme l’un des meilleurs spécialistes de ce sujet au parlement. Il a été membre du Conseil national de l’habitat comme représentant de la Fédération nationale des offices publics de l’habitat, dont il est vice-président. Il a déposé le 22 juillet 2024 une proposition de loi portant diverses mesures d’urgence pour répondre à la crise du logement.