W latach 2000–2001 była wiceministrem spraw zagranicznych i zastępczynią przewodniczącego litewskiej delegacji w negocjacjach dotyczących przystąpienia do Unii Europejskiej.
W lipcu 2001 objęła urząd ministra finansów w nowo utworzonym rządzie Algirdasa Brazauskasa. 1 maja 2004, w dniu przyjęcia Litwy do Unii Europejskiej, została powołana w skład Komisji Europejskiej na funkcję komisarza odpowiedzialnego za edukację i kulturę (obok Viviane Reding). W utworzonej w listopadzie 2004 komisji pod przewodnictwem José Barroso odpowiadała za programowanie finansowe i budżet.
W latach 1979–1988 była członkiem KPZR. Później pozostała bezpartyjna.
Prezydent Republiki Litewskiej Dalia Grybauskaitė była wymieniana w gronie potencjalnych kandydatów na stanowisko prezydenta Litwy w wyborach w 2009. 26 lutego 2009 oficjalnie ogłosiła swoją decyzję o starcie w wyborach jako kandydatka niezależna. Poparcie dla niej wyraziły dwa ugrupowania koalicji rządowej: Związek Ojczyzny i Ruch Liberalny.
W wyborach prezydenckich z 17 maja 2009 Dalia Grybauskaitė odniosła zwycięstwo już w pierwszej turze głosowania. Zdystansowała rywali, zdobywając 68,21% głosów.