Licenciada en Derecho por la Universidad Complutense de Madrid y diplomada en Derecho Constitucional y Ciencia Política por el Centro de Estudios Constitucionales, ha pertenecido al Cuerpo Superior de Administradores Civiles del Estado desde 1995, aunque está en excedencia desde 2012. Ha sido profesora en el Departamento de Derecho Público y Filosofía del Derecho de la Universidad Autónoma de Madrid. Está casada con Mariano Bacigalupo, consejero de la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC).

En su carrera en la administración pública, ha ocupado diversos cargos técnicos, incluyendo jefa de servicio de Coordinación Normativa en el Ministerio de Fomento y directora de la Oficina Española de Cambio Climático entre 2005 y 2008. Entre 2008 y 2011, fue secretaria de Estado de Cambio Climático en el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente durante el segundo gobierno de José Luis Rodríguez Zapatero.

Ha sido miembro de diversos consejos asesores, entre ellos el consejo de Liderazgo Global de la United Nations Sustainable Development Solutions Network (UNSDSN) y el consejo asesor global en cambio climático del Foro Económico Mundial. También ha colaborado con el Instituto de Desarrollo Sostenible y Relaciones Internacionales (IDDRI) en París, del cual asumió la dirección en junio de 2014.

En junio de 2018, fue nombrada ministra para la Transición Ecológica en el primer gobierno de Pedro Sánchez. Durante su mandato, impulsó una ley de cambio climático y transición energética, eliminó el "impuesto al sol" y acordó el cierre de la mayor parte de las minas de carbón en España. En enero de 2020, fue nombrada vicepresidenta cuarta del segundo gobierno de Pedro Sánchez, cargo que ocupó hasta julio de 2021 cuando fue nombrada vicepresidenta tercera.

En las elecciones generales del 23 de julio de 2023, fue incluida segunda en la lista electoral del PSOE en la circunscripción de Madrid. El 24 de abril de 2024, el Partido Socialista Obrero Español anunció que encabezará la candidatura socialista a las elecciones al Parlamento Europeo de 2024.<button></button>