Em 2018, tentou a reeleição ao Senado, mas não obteve os votos necessários. Com pouco mais de 11% dos votos válidos, Vanessa ficou na quinta colocação.[3][4]
Foi vereadora em Manaus entre 1989 e 1998. Foi eleita deputada federal em 1998, reelegendo-se nas votações seguintes, em 2002 e 2006. Integrou a CPI dos Medicamentos e participou do projeto que implantou o Sistema Nacional de Controle de Medicamentos.[5]
Participou da Eleição de Manaus em 2004, onde concorreu à prefeitura, obtendo a terceira colocação entre os candidatos. Em fevereiro de 2010 foi escolhida líder da bancada de seu partido, o PCdoB, na Câmara dos Deputados.[6] Nas eleições gerais deste mesmo ano, elegeu-se senadora pelo Amazonas,[7] cargo que ocupou até 31 de janeiro de 2019..
Vanessa Grazziotin foi a segunda senadora eleita pelo PCdoB (Inácio Arruda tendo sido eleito em 2006) e a primeira farmacêutica a ocupar uma vaga no Senado Federal do Brasil.
Vanessa Grazziotin na Comissão de Assuntos Sociais do Senado Federal.
Em 2012, voltou a concorrer na eleição para prefeito de Manaus, sendo derrotada por Arthur Virgílio. Em 2013, foi eleita procuradora da Mulher do Senado, presidente da Comissão Mista Sobre Mudanças Climáticas e presidente da CPI da Espionagem, instalada para averiguar as denúncias de Edward Snowden sobre a NSA.
Em 2014, foi membro das CPI's da Petrobras e em 2015 foi relatora da CPI do CARF, que investigou desvios do âmbito daquele órgão e recomendou o indiciamento de 28 pessoas entre servidores, empresários e banqueiros.[carece de fontes?]
Em 2016, como senadora, durante o processo de impeachment de Dilma Rousseff, foi membro da Comissão Especial que julgou e deliberou o caso e votou contra o afastamento da então presidente.[8] Devido a seus posicionamentos contrários ao processo de impeachment de Dilma Rousseff, sofreu agressão física de um advogado em Curitiba, quando desembarcava de um voo, poucas horas após a votação final do processo.[9][10] As agressões foram repudiadas pelo plenário do Senado Federal.[11][12]
Foi líder do Partido Comunista do Brasil (PCdoB) no Senado em 2014.[2] Candidatou-se à reeleição ao cargo de senadora nas Eleições estaduais no Amazonas em 2018, mas não foi reeleita, ficando em quinto lugar, com 11,36% dos votos.[3]
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