Elizabeth Guigou intègre l'ENA en 1971 où elle choisit de travailler sur les questions économiques et financières et intègre la direction du Trésor du Ministère des Finances. De 1979 à 1981, elle part vivre à Londres où elle officie en tant qu'attachée financière auprès de l'ambassade de France. C'est en 1981 qu'elle revient vivre à Paris où elle travaille aux côtés de Jacques Delors, le nouveau ministre des Finances de François Mitterrand. 

A cette période, elle marque son engagement à gauche en soutenant activement le président Mitterrand et c'est en 1986 qu'elle est nommée à la tête du Secrétariat général de la coordination interministérielle. En 1988, toujours sous la présidence de François Mitterrand, elle devient responsable de la mission française d'aide aux pays d'Europe centrale et orientale. Deux ans plus tard, Elisabeth Guigou devient ministre déléguée aux Affaires européennes et négocie pour la France, avec Roland Dumas et Pierre Bérégovoy, le Traité de Maastricht. 

Elle crée également l'association Europartenaires pour promouvoir le débat d'idées sur l'Europe en 1994. Sous la présidence de Jacques Chirac, elle soutient Lionel Jospin et intègre la direction du Parti socialiste, où elle est secrétaire nationale aux questions sociales. 

En 1997, Lionel Jospin devient Premier ministre et nomme Elisabeth Guigou ministre de la Justice, devenant ainsi la première femme à occuper ce poste. Elle deviendra ensuite ministre de l'Emploi et de la Solidarité à partir de mai 2000 et occupera ce poste pendant deux ans. De juin 2002, elle est députée de Bondy, Noisy-Le-Sec et Romainville, dans la 9e circonscription de Seine-Saint-Denis a juin 2012. Avec ces élections, elle devient députée de la sixième circonscription de la Seine-Saint-Denis.