W 2004 i 2010 wybierana na radną regionu Île-de-France.
W 2014 jako kandydatka Partii Socjalistycznej w pierwszej turze wyborów na mera Paryża zajęła drugie miejsce, zdobywając około 34% głosów. W drugiej turze głosowania zdobyła około 53% głosów, pokonała tym samym Nathalie Kosciusko-Morizet i została pierwszą kobietą na stanowisku mera Paryża. W 2020 z powodzeniem ubiegała się o reelekcję – otrzymała 29,3% głosów w pierwszej turze i dające jej zwycięstwo 48,5% głosów w drugiej turze.
W październiku 2021 w wyniku partyjnych prawyborów została kandydatką Partii Socjalistycznej w wyborach prezydenckich w 2022. Zajęła w nich 10. miejsce wśród 12 kandydatów z wynikiem 617 tys. głosów w pierwszej turze (1,8%). Przed drugą turą głosowania wezwała do poparcia ubiegającego się o reelekcję Emmanuela Macrona. Urząd mera francuskiej stolicy sprawowała do marca 2026; nie ubiegała się o ponowny wybór w tymże roku (zgodnie z deklaracją z listopada 2024).
Odznaczenia Francuskie Oficer Legii Honorowej (2025) Kawaler Legii Honorowej (2012) Oficer Orderu Narodowego Zasługi (2016)