Entre 1996 y 1997 fue observadora internacional para la OSCE en Bosnia-Herzegovina y Albania. Militante de las juventudes socialistas desde 1989 y afiliada al Partido de los Socialistas de Catalunya (PSC) desde 1994, inició su carrera política en su localidad natal, de la que llegó a ser primera teniente de alcalde.
Secretaría de Educación, universidad, cultura e investigación de la Comisión Ejecutiva Federal del Partido Socialista Obrero Español (PSOE) y miembro de la Comisión Ejecutiva Nacional del PSC, en las elecciones generales de 2004 consiguió ser elegida diputada en el Congreso por la provincia de Barcelona, convirtiéndose vicepresidenta primera del Congreso español desde 2004 hasta julio de 2007. El 6 de julio de 2007 fue nombrada Ministra de Vivienda en sustitución de María Antonia Trujillo, en la cuarta remodelación del gobierno de José Luis Rodríguez Zapatero. Mantuvo un cargo en el Ayuntamiento de Esplugues de Llobregat mientras vivía en Madrid. El 12 de abril de 2008 fue nombrada Ministra de Defensa de España en sustitución de José Antonio Alonso, cargo que ejerció hasta el 22 de diciembre de 2011.
En 2015 representó al PSC a las elecciones generales, y obtuvo el peor resultado de la historia del partido, con ocho escaños. El 11 de abril de 2017 el Gobierno de la Generalitat de Catalunya le concedió, a título póstumo, la Creu de Sant Jordi. El Ayuntamiento de Esplugues de Llobregat le otorgó, el 26 de abril de 2017, la distinción de hija predilecta de la ciudad a título póstumo.