Pada tahun 1998, seperti ditulis dalam situs pribadinya, Siti ditarik ke Jakarta untuk ditempatkan di Depdagri. Kariernya di sini mulai moncer. Dia dipercaya menjadi Sekretaris Jenderal (sekjen) Depdagri 2001-2005. Terus dilanjut ke Sekjen DPD RI (2006-2013).
Menjelang Pemilu 2014, Siti terjun ke partai politik dengan masuk Partai Nasdem, besutan Surya Paloh. Di masa pensiunannya ini, dia mencalonkan diri sebagai anggota DPR dari Nasdem untuk daerah pemilihan Lampung dan dia terpilih untuk periode 2014-2019.
Karier politiknya ternyata bukan di DPR, setelah Pilpres 2014, capres terpilih Joko Widodo memberikan jatah menteri ke partai-partai pengusung. Partai Nasdem salah satu pendukungnya dapat jatah kursi menteri. Siti Nurbaya, salah satu perwakilan dari Nasdem, yang diberi kerpercayaan oleh Jokowi untuk menjadi Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan RI.