We wrześniu 2018 przystąpiła wraz ze swoim stowarzyszeniem do Koalicji Obywatelskiej. W czerwcu 2019 Inicjatywa Polska została zarejestrowana jako partia polityczna, w której Barbara Nowacka objęła funkcję przewodniczącej. W wyborach parlamentarnych w 2019 otwierała listę Koalicji Obywatelskiej w okręgu gdyńskim. Uzyskała mandat posłanki IX kadencji, otrzymując 88 833 głosy. Zdobyła wówczas najlepszy wynik indywidualny w okręgu, pokonując startującego z pierwszego miejsca PiS Marcina Horałę o ponad 2,5 tysiąca głosów. W wyborach w 2023 z powodzeniem ubiegała się o poselską reelekcję, otrzymując 139 524 głosów (co ponownie stanowiło najlepszy indywidualny wynik w okręgu gdyńskim).
12 grudnia 2023 Sejm X kadencji wybrał ją na urząd ministra edukacji w trzecim rządzie Donalda TuskaUchwała Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 12 grudnia 2023 r. w sprawie wyboru w skład Rady Ministrów ().. Następnego dnia została przez prezydenta RP Andrzeja Dudę powołana na to stanowiskoPostanowienie Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 13 grudnia 2023 r. nr 1131.45.2023 o powołaniu w skład Rady Ministrów ().. W styczniu 2024 została powołana przez prezydenta w skład Rady Dialogu Społecznego. Weszła w skład sztabu wyborczego Rafała Trzaskowskiego w trakcie kampanii przed wyborami prezydenckimi w 2025.