Il fut ensuite sénateur du Lot inscrit au groupe du Rassemblement des Gauches républicaines et de la Gauche démocratique.En 1958, il est désigné président du Sénat et le restera jusqu'à sa démission en 1968, année de l'annonce de la réforme de la Chambre Haute. Radical, militant de la Ligue des droits de l'Homme et de la Ligue
internationale contre le racisme et l'antisémitisme, Gaston Monnerville entre dans une opposition à la Vème République lorsque le général de Gaulle propose l'élection du président au suffrage universel.
Nommé membre du Conseil constitutionnel en 1974, il y siégera jusqu'en 1983. Il meurt le 7 novembre 1991 peu avant ses 95 ans.
