Od 2 sierpnia 2004 do 19 września 2005 w rządzie Marka Belki pełniła funkcję sekretarza stanu w Ministerstwie Kultury, odpowiedzialnego za budżet, departament prawny i sprawy europejskie oraz kontakty z parlamentem.
W październiku 2005 w wyniku konkursu została powołana na stanowisko dyrektora Polskiego Instytutu Sztuki Filmowej. W styczniu 2008 wybrano ją członkiem zarządu Europejskiego Audiovisual Think Tank. W latach 2009–2012 była prezesem Klubu Krakowian w Warszawie. W lipcu 2010 ponownie wybrana w konkursie na dyrektora PISF.
W 2009 zaangażowała się w działalność ruchu społecznego Kongres Kobiet, została członkinią rady programowej powołanego na jego bazie stowarzyszenia. W 2014 decyzją Krajowej Rady Radiofonii i Telewizji Agnieszka Odorowicz została powołana w skład rady nadzorczej Polskiego Radia. W listopadzie 2015 zrezygnowała z tej funkcji. W grudniu 2015 Agnieszka Odorowicz została powołana na członka zarządu Cyfrowego Polsatu (od marca 2016).