1952年4月，西哈努克与诺罗敦·莫尼列·西哈努克结婚；他们生育了诺罗敦·西哈莫尼国王和诺罗敦·诺林达拉邦王子。1952年6月15日，西哈努克国王在致柬埔寨人民的文告中，再次表示为争取祖国的完全独立而奋斗的决心，并提出要在三年之内实现这一目标。此后他在一年半的时间内，采取了以下行动号召当时的“高棉伊萨拉”回到民族大家庭中来，加强民族团结，提高自己同法国谈判的地位推行“西哈努克计划”，组织男女民兵，向法国显示力量周游列国宣传解释柬埔寨要求独立的愿望避居马德望和逞粒，拒不回金边视事，向法国施加压力。

1953年初，正当柬埔寨社会混乱、政局不稳的时候，西哈努克羞于没有独立自主的权力，事事都受到法国的掣肘，对时局无能为力，迫不得已采取破釜沉舟的策略，下令解散国会，随后赴意大利“休假”。实际上，是在加紧准备对法国的“大反攻”。不久，西哈努克向法国总统递交了一份备忘录，向法国摊牌，要求法国彻底改变政策，让柬埔寨人民决定自己国家的命运。在同法国的较量中，西哈努克拒绝法国的一切空头诺言，表示不获真正独立，誓不罢休。3月25日，法国总统邀请西哈努克共进午餐时，暗示他应尽早回柬埔寨，并在公报中要挟西哈努克限期返回金边。西哈努克国王认为这是对他莫大的侮辱，于是愤然离开法国，但却不回柬埔寨，而是周游加拿大、美国、日本等国，揭露法国的虚伪面目。直到5月中，西哈努克才返回金边，但又旋即到曼谷“流亡”，而后就久居马德望和逞粒。在此期间，柬埔寨各阶层人民的抗法运动日益高涨，有力地推动了西哈努克为独立而进行的斗争。此时，法国当局深感西哈努克不在首都对它造成了很大威胁，于是它不得不在7月3日提出同西哈努克国王谈判。西哈努克在当时这种有利条件下作出的答复是，法国必须无条件地向柬移交主权。法国当局虽然在一些问题上讨价还价，但是最终还是接受了西哈努克国王的条件，向柬移交了全部主权，包括同意西哈努克国王接管军队统率权。1953年11月9日，西哈努克代表柬埔寨国家和民族，以胜利者的姿态，宣布了柬埔寨的真正独立。

经历了独立运动的成功，充满信心的西哈努克希望进一步深入参与政治，但在君主立宪制的宪法制约下，柬埔寨国王的活动范围受到很大限制。于是西哈努克于1955年3月3日将王位让予其父诺罗敦·苏拉玛里特，同年4月7日，组建政治团体“社会主义人民共同体”并担任总裁。退位后的西哈努克被国民称呼为“殿下”。社会主义人民共同体于同年的总选举中获得压倒性胜利，控制了国会中全部议席，西哈努克则出任首相并兼外交大臣。

1955年4月，西哈努克代表柬埔寨出席万隆亚非会议，并宣告柬埔寨为中立国。并亲自担任该联盟主席至1970年。1955年至1957年，他3次出任柬埔寨首相兼外交大臣，并于1956年2月至9月任柬埔寨王国驻联合国常任代表。

1956年，他与南斯拉夫总统铁托、埃及总统纳赛尔、印度尼西亚总统苏加诺和印度总理尼赫鲁共同签署了不结盟运动宣言，成为不结盟运动的缔造者之一。1958年7月，他再次出任柬埔寨首相。

1960年4月，西哈努克的父亲诺罗敦·苏拉玛里特国王去世，在王位空缺的情况下，西哈努克又就任新设的“国家元首”之职，成为柬埔寨的最高政治领袖。同年12月，中柬双方签订了《友好和互不侵犯条约》。出于对中国的信任和友好情感，西哈努克在20世纪60年代初将他的3个儿子送到中国学习。西哈努克将自己的政治理念称为“佛教社会主义”：在佛教的保护和君主制的体制下实行社会主义式的政策。同时，在外交上严守中立，在当时冷战愈演愈烈的国际情势下，柬埔寨也得以同时获得东西两阵营的经济援助，并在邻国越南和老挝都陷入内战时，独善其身式地维持了国内的稳定。然而在这一时期，政府内左右两派的对立不断激化，西哈努克对于左派的态度在重用和弹压之间不断摇摆，最终逼使波尔布特、英沙里、乔森潘等一批左派领导人进入边境丛林区展开武装斗争，为日后红色高棉运动埋下种子。

1970年3月18日，在美国的策划下，朗诺-施里玛达集团趁西哈努克访苏之际发动政变，推翻了西哈努克领导的王国政府，废黜了西哈努克亲王。当时，西哈努克正在访问法国、苏联期间，并将路过中国返回金边。在他离开莫斯科之前，苏联领导人将柬埔寨发生政变的消息告诉了他。西哈努克极为悲痛，在飞往中国的飞机上他失声痛哭。政变后，朗诺政权开始执行激烈的反越南政策，柬埔寨境内的越南裔住民遭到迫害、流放乃至虐杀。仅仅一年半时间内，就造成了数十万农民的牺牲以及200万难民的产生。农村基础设施遭到大量破坏，也使原本是粮食出口国的柬埔寨转落为粮食净进口国，这一状况使柬埔寨原本的稳定局面受到动摇，也为红色高棉的势力扩大营造了有利环境。

在这种情形下，中国领导人毛泽东、周恩来亲切接待了流亡到北京的西哈努克亲王，同意他及其家属长期留住北京。3月19日上午，周恩来、叶剑英、李先念等几位领导人到机场亲自迎接西哈努克亲王，还邀请了46位外国驻华大使参加。飞机降落后，西哈努克快步走下飞机与周总理等人亲切握手，热情拥抱。周恩来说：“热烈欢迎西哈努克亲王来华访问！您仍然是柬埔寨的国家元首，我们永远承认您，绝不认同别人！”面对中国人民为他举行的欢迎仪式，西哈努克心情十分激动。在随后的两三天里，周恩来总理又到宾馆同他进行了两次交谈，西哈努克表示，为了国家的独立和民族解放，必须成立团结一致的民族统一阵线和联合政府，希望中国给予大力帮助。与此同时，还大力支持和帮助他在北京成立了柬埔寨民族统一阵线和团结政府。

1970年3月23日，西哈努克在北京宣布建立柬埔寨民族统一阵线并任主席；5月5日，成立了柬埔寨王国民族团结政府，西哈努克亲王出任国家元首。此后，西哈努克积极开展外交活动，到1975年4月柬埔寨取得抗美战争胜利时，世界上承认民族团结政府的国家和国际组织达到了62个。同月末，在磅湛发生了支持西哈努克的暴乱，但遭到武力镇压。据当时的地方官员声言，仅仅在磅湛省就有2到3万人的农民受到了共产主义的影响。此后，柬境内的茶胶省、柴桢省、干丹省也相继发生暴乱。尽管西哈努克并不喜欢自己过去曾经打压的波尔布特派，但在中国领导人毛泽东、周恩来以及朝鲜领导人金日成的说服下，终于与波尔布特结成统一战线。

1970年4月24日，在中国的力促下，越南、老挝、柬埔寨的最高领导于在广州举行印支三国四方首脑会议。中国外交部副部长韩念龙先期到达广州做准备，把会议地点确定在珠江畔的珠岛宾馆。参加会议的有越南总理范文同、南越民族解放阵线主席阮友寿、老挝爱国战线主席苏发努冯、柬埔寨民族统一阵线主席西哈努克、柬民族团结政府首相宾努。会议期间，周恩来总理乘专机来到广州，同三国四方领导人进行了重要会谈。三国领导人纷纷发言，支持周总理的主张，最后他们达成了《印支三国联合声明》。会议结束正逢“五一”节，毛泽东主席在人民大会堂同西哈努克进行了长达两个小时的亲切交谈。西哈努克详细介绍了三国四方首脑会议的成绩，并真诚地表达了对中国政府的感激之情。

1970年12月，东交民巷15号修缮一新，西哈努克和夫人等从钓鱼台搬迁到此处。西哈努克和家人搬进东交民巷后，周总理和夫人到此亲临看望。他向西哈努克表示，这里居住条件不错，是独门独院，建议将此院改名为“柬埔寨元首府”。西哈努克回答说：我在中国长期留住的原因是，中国支持我们反抗美国侵略，给了我们很大帮助。另一原因是，中华人民共和国的伟大领袖毛泽东和周恩来总理是我们尊重的好朋友！”

柬埔寨民族团结政府成立后，为支持他们的和平解放，中国政府同民柬团结政府每年都签署无偿军事援助的协议。当时，由于柬埔寨伪军控制着交通要道，中方运输武器装备的惟一通道就是著名的“胡志明小道”。这条道路从越南北方经过老挝南部进入柬埔寨东北部地区，全长1200多公里。周总理决定，中方要同越方全面合作，进一步改建和扩建“胡志明小道”。随着道路的开通，车辆运输时间从半个月缩减到五天，中国政府派军事人员把武器装备和援助资金运送到柬埔寨。最初运输车辆只有几十部，后来猛增到1974年的1500辆，几年里中国援助柬埔寨的物资总金额达到几亿元人民币。

1973年2月至4月，西哈努克曾从北京经过越南河内，经过这条“胡志明小道”回国。

1974年4月17日，民族统一阵线在柬埔寨取得全面胜利后，他就任民主柬埔寨国家主席。

1975年4月17日，朗诺伪政权被打败，首都金边获得了彻底解放。红色高棉终于占领柬埔寨全境，朗诺政权崩溃。8月，波尔布特派乔森潘到北京迎接西哈努克元首回归祖国。西哈努克以国家元首的身份宣布共产主义国家民主柬埔寨成立，并由平壤归国。红色高棉则用西哈努克的威望，成功赢得了大量农民的支持。西哈努克曾经说过，朗诺为了能控制柬埔寨而背叛他，而结果却是红色高棉夺取了政权。

正如西哈努克所言，他与家人的生活开始步入噩梦。他和妻子莫尼克、及他们的子女被软禁在王宫。被允许与西哈努克共同居住的，仅有其第六位夫人莫尼克王妃和两位王子（分别是现任柬埔寨国王西哈莫尼和日后加入红色高棉的王子诺林达拉那）、以及为数很少的侧近侍从。至于其他尚留在国内的王室成员则被全体流放至地方，西哈努克的五个儿子和十四个孙子在此过程中被虐杀。甚至在一段时期，西哈努克自身都身处被处决危险之中，只是在中国政府向波尔布特政府施压后才幸免于难。此后西哈努克以患病为由希望能够出国疗养，但遭到政府拒绝。

1976年，西哈努克辞去了在红色高棉政权中的职位。

1976年4月，西哈努克亲王宣布退休，并被幽禁在王宫中，与外界失去联系。乔森潘任国家主席团主席，柬共总书记波尔布特任总理。这时，柬共实际掌握了国家领导大权。

1978年12月，越南出兵10万，侵入金边，扶植韩桑林政权。

1979年1月，柬埔寨遭到越南入侵，越南军队逼近金边。波尔布特首相重新找到西哈努克，请求其参加联合国安全理事会，向大会控诉越南军入侵的不正当性。西哈努克终于得以与家人和侧近一同离柬出国。

8月21日，柬共成立爱国民主民族大团结阵线，简称民主柬埔寨，又叫红色高棉。

同年，越南在柬埔寨建立傀儡政府并成立柬埔寨人民共和国，此后的十多年中，西哈努克创建了奉辛比克党，出任流亡政权民主柬埔寨联合政府的首脑，并接受美国的有限援助。

1981年3月，他成立争取柬埔寨独立、中立、和平与合作民族团结阵线，并亲自担任主席至1989年8月27日。

同年12月6日，柬共宣布解散。

1982年7月，西哈努克同红色高棉再度合作。西哈努克、宋双、乔森潘三派实现大联合，组成民柬联合政府。

7月9日，他就任民主柬埔寨（1990年2月3日改名为柬埔寨）主席。

1991年7月17日，他被推举为柬埔寨全国最高委员会主席。

10月23日，他率柬埔寨全国最高委员会全体成员出席巴黎会议，并签署了“关于全面政治解决柬埔寨冲突的协定”。

11月14日，返回金边后，他被柬埔寨四方一致拥戴为国家元首。

1992年3月，联合国驻柬埔寨临时权力机构维和行动开始。

1993年4月至6月，联合国组织在柬埔寨进行了总选举，由西哈努克的次子诺罗敦·拉那烈率领的奉辛比克党成为第一大党。

同年6月14日，柬制宪会议通过决议，完全恢复西哈努克亲王在1970年3月18日违宪政变前的一切权利和地位，并授予他国家元首的所有权力。

同年9月24日，柬埔寨颁布新宪法，恢复君主立宪制；同日，王位委员会一致选举西哈努克为国王、终身国家元首。

1994年，柬埔寨发生未遂政变，事件最终以王子诺罗敦·夏卡朋遭到流放而告终，在整个政变过程中，西哈努克国王都在北京接受住院治疗。

1999年4月30日，应中国国家主席江泽民的邀请，西哈努克国王在莫尼列王后的陪同下到中国昆明出席“99昆明世界园艺博览会”开幕式。

晚年时期，西哈努克患有癌症、糖尿病、心脏病和高血压等多种病症，并逐渐淡出公众视野。他曾在2012年1月表示希望逝世后被火葬，骨灰置于皇宫中的金瓮里。

2004年10月7日上午，柬埔寨国民议会议长诺罗敦·拉那烈亲王在金边说，柬埔寨国王诺罗敦·西哈努克已经退出王位。西哈努克在告同胞书中说：“由于年迈和健康原因，我决定从现在起退休。”

2008年8月，西哈努克与夫人莫尼列来华出席第29届北京奥运会相关活动。

2009年10月1日，太皇诺罗敦·西哈努克和太后莫尼列·西哈努克出席了庆祝中华人民共和国成立60周年在人民大会堂举行的国庆招待会和在天安门广场举行的阅兵仪式和群众游行活动。

2012年10月15日凌晨1时20分（北京时间10月15日2时20分）因自然原因，西哈努克在北京医院逝世，享年90岁（柬埔寨王国副首相涅本才证实了这一消息）。他逝世前患有糖尿病及高血压等疾病，在北京休养并接受治疗。

10月17日，北京天安门广场、新华门为西哈努克亲王逝世降半旗；同日，外交部发言人洪磊宣布，国务委员戴秉国护送柬埔寨太皇西哈努克灵柩返回柬埔寨。同日下午，西哈努克的灵柩抵达金边国际机场，此时至少10万民众沿途致哀。

2013年2月1日，当地时间上午8时30分，西哈努克的灵柩从王宫移出，柬埔寨王家军士兵鸣礼炮101响。送灵柩的队伍长1.5公里，金边市内主要地段每处都有90名僧侣诵经，当天还有约100万柬埔寨民众自发来到道路两侧为西哈努克祈福。沿金边市内主要街道游行后，被安放在王家田事先建好的火化塔内。西哈努克的遗体将在火化地点存放3天，以便民众进行瞻仰吊唁。4日，柬埔寨将举行西哈努克遗体火化仪式。遵照其遗愿，遗体火化后，其骨灰将被盛放在金质骨灰坛中存于王宫佛塔内。

2014年7月11日，柬埔寨政府举行了骨灰安置仪式。载着西哈努克亲王骨灰的灵车缓缓走过首都各条街道。最终到达位于王宫内的王室灵塔。

1954年，柬埔寨的独立获得国际社会承认。遵照日内瓦协议，柬埔寨次年举行全国选举。1955年4月，西哈努克将王位让给父亲苏拉玛里特，自己成立了“人民社会同盟”，主张国家、佛教、国王三位一体。同年9月，人民社会同盟在大选中获胜，成为执政党。西哈努克出任柬埔寨首相。

西哈努克亲王为维护柬埔寨独立而采取的外交措施就是奉行和平中立政策。西哈努克亲王根据对柬埔寨政治历史和地理环境的分析并结合自已从政多年的亲身体会，认识到柬埔寨必须奉行和平中立政策，才能保持柬埔寨的独立地位。他认为，历史上柬埔寨曾多次丧失独立和主权，就是没有根据本国的条件和需要妥善处理对外关系。获得了独立，就要设法保护独立，而中立政策就是捍卫独立的武器。独立后，西哈努克很快把柬埔寨引上了中立的轨道。1954年7月21日，柬埔寨王国政府就日内瓦会议最后宣言所发表的声明明确表示，柬埔寨不参与侵略政策，也不容许别人利用自己的领土去为其侵略政策服务。1955年4月，西哈努克亲王在万隆会议上庄严宣布柬埔寨在国际事务中保持中立。1956年4月，他在“人民社会主义同盟”第三次全国代表大会上，主持讨论了对外政策，一致决定柬埔寨决不参加任何军事集团。1957年国会制定并通过《中立法》，国王于同年11月6日签署了中立法法令。规定柬埔寨王国是一个中立国家，它不同外国建立任何军事或意识形态上的联盟，不侵略任何别的国家。当柬埔寨受到外国侵略时，保留武装自卫和向联合国或友好大国发出呼吁的权利。这样，西哈努克就用法律的形式，把中立定为柬埔寨的国策。

在西哈努克确立和奉行中立政策的过程中，遇到了许多艰难险阻。主要是来自当时美国的对柬政策和柬埔寨国内的反对派。美国当局当时企图改变柬埔寨的中立政策，并把柬埔寨拉到对自已更有利的方向上去，1955年底，美曾试图劝说柬加入东南亚条约组织，但遭到拒绝。为此，美国当局威胁说，在对抗世界共产主义的斗争中，任何国家都不能保持中立，否则美国将停止对这些国家的援助。西哈努克并没有屈服，他表示“他永远不做任何外国的附庸”，只要他还活着，就要把保持中立和维护独立的斗争进行到底。于是他组织了反击，并取得了胜利。

西哈努克奉行的中立政策，对维护柬埔寨的独立主权和提高国际地位都起了重大作用。从1953年到1970年，柬埔寨国内出现了十六年的和平稳定局面，成为世界上有名的“和平绿洲”。事实证明，当时柬埔寨的中立政策，是一个成功的外交政策，它给柬带来了和平与安全，带来了友谊和外援，带来了荣誉和尊严。

20世纪70年代西哈努克接受采访时就说：“我生来就是个艺术家。我喜欢从事戏剧、电影、音乐和文学。我自己要求听古典文学课程和从事文学生涯，我自己要求学习拉丁文、希腊文、历史、哲学、音乐和艺术的。”西哈努克指挥过爵士乐团，吹过萨克斯管和单簧管，谱写和演唱过歌曲，写过剧本并作为导演将它搬上舞台，又作为演员参加演出。西哈努克的多才多艺和多彩个性，使得作为政治家的他是如此与众不同。意大利著名记者法拉奇写道：“西哈努克就是一个与众不同的人。他是个艺术家。”

1970年，毛泽东接连三次在天安门城楼上会见了柬埔寨西哈努克亲王：五一国际劳动节，毛泽东在天安门城楼上会见了西哈努克亲王和夫人，谈话进行了近两个小时，预定的放焰火计划为此而推迟；1970年5月21日，毛泽东在天安门城楼上高呼“柬埔寨万岁!西哈努克亲王万岁！”同年10月1日，毛泽东在天安门城楼再次会见了西哈努克亲王和夫人。毛泽东在天安门城楼这一连串的举动，表达的是中国人民支持弱小国家反对帝国主义侵略，维护民族独立与团结的大国风范。

西哈努克国王说，他为能与毛泽东、周恩来、邓小平、江泽民和胡锦涛等中国领导人建立深厚友谊感到荣幸。历史证明，柬中友谊是经得起时间和世界风云变幻考验的。对于中国的支持，西哈努克在《战争与希望》回忆录中写道：“我要重复地说：我的家庭及我，如果没有中华人民共和国的慷慨及兄弟情谊，就早已不能存在了。”西哈努克还说：“中国不输出坦克和士兵，而是输出尊严和对别人的尊重。”西哈努克在20世纪70年代初创作的一些歌曲就表达了他对中国的深厚感情，其中《中华人民共和国万岁，毛泽东主席万岁》的歌词里写道：“可爱的中国，我的第二故乡。我在厄运中遇到了莫大的幸运，我在这里找到了知己。”

《西哈努克家族》一书引用西哈努克自己的说法，他的真正爱情开始于他登基之后。据西哈努克自述，1941年至1952年，他先后与19个女子谈恋爱。他先后娶了2位正式夫人，有4位妃子，生下了8男6女14个子女。

他的第一位妃子是王家芭蕾舞团演员甘霍。他们经过一段时间相爱后结婚，生了一女一男。女儿帕花黛维公主，后来成为高棉古典舞之后，1998年11月30日至2004年7月曾任柬埔寨文化和艺术大臣。1944年出生的拉那烈王子曾担任柬埔寨国民议会议长，2021年11月28日在法国病逝。

西哈努克的第二位妃子是西索瓦·蓬珊莫尼公主，他们保持了9年的夫妻关系，有4男3女7个孩子。

第三位妃子是蓬珊莫尼公主的姐姐西索瓦·莫尼盖姗公主。她死于难产，儿子纳拉迪波王子后来被送到中国学习。

2012年10月15日，时任国家主席胡锦涛就柬埔寨太皇西哈努克逝世向柬埔寨国王西哈莫尼、太后莫尼列致唁电。同日，吴邦国、温家宝、贾庆林分别向时任柬埔寨参议院主席谢辛、时任国会主席韩桑林、时任首相洪森致唁电。

同日，江泽民同志向柬埔寨太后莫尼列致唁电，对柬埔寨太皇西哈努克逝世表示哀悼和慰问。

2012年10月15日，时任国家副主席习近平在北京看望柬埔寨太后莫尼列，对西哈努克逝世表示哀悼和慰问。同日，时任国务院总理温家宝前往西哈努克生前在北京的住所，看望柬埔寨太后莫尼列和国王西哈莫尼，对西哈努克太皇不幸病逝向他们表示沉痛哀悼。

2012年10月16日，吴邦国、贾庆林前往柬埔寨驻华使馆，沉痛吊唁柬埔寨太皇西哈努克逝世。

2012年10月17日，时任中国国家主席的胡锦涛前往北京医院出席柬埔寨太皇西哈努克遗体告别仪式。胡锦涛向西哈努克太皇遗体三鞠躬，并同莫尼列太后、西哈莫尼国王、洪森首相以及柬埔寨王室其他成员和政府其他高级官员等一一握手，表示最沉痛的哀悼和最诚挚的慰问。

胡锦涛、江泽民、吴邦国、温家宝、贾庆林、李长春、习近平、李克强、贺国强等敬献花圈。敬献花圈的还有李鹏、万里、乔石、朱镕基、李瑞环、宋平、尉建行、李岚清、曾庆红、吴官正、罗干等，以及中共中央、全国人大常委会、国务院、全国政协、中央军委和有关部门。

国务院总理温家宝也出席了西哈努克太皇遗体告别仪式，对西哈努克太皇逝世表示深切哀悼，向莫尼列太后、西哈莫尼国王、洪森首相表示诚挚慰问。当天，北京新华门、人民大会堂、天安门广场、外交部降半旗致哀。中国驻柬埔寨使馆按当地安排降半旗致哀。

2012年11月18日，时任国务院总理温家宝前往柬埔寨王宫吊唁柬埔寨太皇西哈努克。

2013年2月4日，时任全国政协主席贾庆林在金边出席柬埔寨太皇西哈努克葬礼。

2012年10月22日，柬埔寨首相洪森22日签署政府令，宣布2013年10月15日为公共假日，以举国悼念已故太皇西哈努克。政府令说，西哈努克为柬埔寨国家独立、领土完整、民族和解与社会经济建设奉献了一生。政府决定将2013年10月15日定为公共假日，悼念西哈努克。柬埔寨政府规定17日至23日为全国哀悼日。

2022年9月15日，中华人民共和国国家副主席王岐山在北京出席纪念柬埔寨太皇西哈努克诞辰100周年招待会。招待会前，王岐山会见柬埔寨国王西哈莫尼和太后莫尼列。