
С 2006 по 2014 год была народным депутатом, избиралась от партии «Батькивщина» Юлии Тимошенко. В ряды политической силы она попала благодаря связям с Арсеном Аваковым, и когда Аваков ушёл от Тимошенко в «Народный фронт», Денисова также сменила партийную принадлежность.

В 2014 году возглавляла Министерство социальной политики в Кабинете министров Арсения Яценюка, осенью снова избралась в парламент по спискам «Народного фронта».
Для того чтобы стать уполномоченной по правам человека, Денисовой пришлось отказаться от депутатского мандата. Однако это не делает её избрание менее скандальным: идея поставить надзирать за деятельностью правоохранителей (а именно к этому в значительной степени сводятся функции обмудсмена) близкую соратницу министра внутренних дел многие считают странной. А нардеп Мустафа Найем обратил внимание на то, что по закону обмудсмена должны выбирать тайным голосованием, тогда как Денисову избирали открыто.
Злые языки утверждают, что пост обмудсмена для Денисовой стал частью «пакетной сделки», в рамках которой «Народный фронт» дал голоса для утверждения на посту главы НБУ Якова Смолия, на кандидатуре которого настаивал Пётр Порошенко.