Jej córka Abigail Klobuchar urodziła się w 1995, z zaburzeniem, które uniemożliwiało jej przełykanie. Z powodu obowiązujących wówczas przepisów o ubezpieczeniu zdrowotnym, Amy Klobuchar musiała opuścić szpital po 24-godzinnym pobycie, pozostawiając w nim swoje dziecko. Wtedy zdecydowała się wystąpić w parlamencie stanu Minnesota i nakłonić parlamentarzystów do wprowadzenia przepisu, zapewniającego nowym matkom 48-godzinny pobyt w szpitalu objęty ubezpieczeniem. W 1996 prezydent Bill Clinton wprowadził podobne prawo federalne, zobowiązując firmy ubezpieczeniowe do hospitalizacji nowych matek przez co najmniej 48 godzin.
W 1998 wygrała wybory na prokuratora generalnego okręgu hrabstwa Hennepin. W 2002 uzyskała reelekcję. Pełniła tę funkcję do 2006.
Senator 7 listopada 2006 wygrała wybory do Senatu w stanie Minnesota. Zdobyła 58% wszystkich głosów i została pierwszą kobietą wybraną do Senatu w tym stanie. Pełniła funkcję senatora od stycznia 2007. W 2012 i 2018 uzyskała reelekcję.