W wyborach w 2004 uzyskała mandat posłanki do Parlamentu Europejskiego. Zasiadała w grupie Zjednoczonej Lewicy Europejskiej i Nordyckiej Zielonej Lewicy, pracowała w Komisji Gospodarczej i Monetarnej.
W wyborach w 2009, 2013, 2017 i 2021 była wybierana na posłankę do Bundestagu.
W 2017 obok była głównym kandydatem swojego ugrupowania. W latach 2015–2019 przewodniczyła frakcji poselskiej partii. W 2022 w trakcie inwazji Rosji na Ukrainę publicznie krytykowała sankcje nakładane na Rosję.
W październiku 2023 ogłosiła odejście z Die Linke i założenie ruchu politycznego pod nazwą Sojusz Sahry Wagenknecht. Zadeklarowała także zamiar założenia nowej partii mającej mieć w założeniu konserwatywne poglądy społeczne i socjalistyczne poglądy na temat gospodarki. Łącznie z nią dotychczasową frakcję opuściło 10 z 38 posłów. Nowa partia pod nazwą Sojusz Sahry Wagenknecht została powołana w styczniu 2024; objęła w nim funkcję współprzewodniczącej (obok Amiry Mohamed Ali). Jej ugrupowanie z wynikiem 4,98% głosów nie osiągnęło progu wyborczego w wyborach w 2025, tracąc poselską reprezentację. W grudniu tegoż roku odeszła ze stanowiska współprzewodniczącej BSW.