A Proclamação da República, em 15 de novembro de 1889, determinou a imediata suspensão dos principais elementos da Constituição do Império, incluindo a vitaliciedade do Senado. A primeira Constituição republicana, elaborada por um congresso constituinte que trabalhou a partir de um projeto inspirado pelas constituições dos EUA e da Argentina, consagrou novos princípios. Estabeleceu mandatos para os senadores e ressignificou o Senado Federal.
Com a adoção do federalismo, o Senado passou a ser a Casa da Federação, com representação igualitária de todos os stados, que escolhiam três senadores cada para mandatos com duração de nove anos. Sua presidência, entretanto, era exercida pelo vice-presidente da República, que apenas tinha voto de desempate, como acontecia nos EUA.
O direito a voto deixou de ser vinculado à renda, mas a nova Constituição manteve proibidos os votos das mulheres e dos analfabetos, entre outros. Outro problema foi a manutenção do voto descoberto, que facilitava fraudes eleitorais e pressões indevidas sobre os eleitores.
