Il a soutenu Anne Hidalgo lors des municipales 2014, aujourd’hui, Cédric Villani s’oppose à elle. Si la maire de Paris n’a pas encore annoncé sa candidature pour les élections municipales de 2020, le député LREM affiche lui son ambition dans Le Parisien Week-end : « Je suis déterminé à aller jusqu’au bout. »

Elu dans l'Essonne, le mathématicien n’est pas le seul à candidater à l’investiture du côté de La République en marche. On compte également Benjamin Griveaux, Mounir Mahjoubi, Hugues Renson… « S’il n’y avait eu qu’un candidat, cela nous aurait été fortement reproché ! Que je sois tête de liste ou pas, le rassemblement sera au cœur de ma campagne. » Celle-ci, Cédric Villani la prépare « en s’appuyant sur une centaine de bénévoles », parmi lesquels « des gens de la haute administration ».

S’il se présente face à Anne Hidalgo après l’avoir soutenue en 2014, c’est parce que sa « politique s’est essoufflée. On a vu s’installer un clivage entre Paris et la banlieue ». Le projet parisien de LREM est en cours d’élaboration, Cédric Villani compte s’appuyer sur l’intelligence artificielle pour améliorer des pans de la ville des Parisiens s’il est élu. Il développe ses arguments dans Immersion, le livre qu’il publie le 20 février.