Özdemir telah menjadi seorang ahli Parti Hijau sejak 1981. Dari 1989 hingga 1994, beliau menganggotai Majlis Tertinggi Parti Hijau bagi negeri Baden-Württemberg. Beliau turut membantu menubuhkan sebuah badan kebajikan Immi-Grün yang dianggotai oleh ramai warga pendatang yang telah mendapat kerakyatan Jerman. Pada 2 Jun 2008, beliau telah mengumumkan kesediaannya untuk bertanding jawatan pengerusi kebangsaan parti Hijau.

Beliau dianggap sebagai sebahagian daripada puak Realo di dalam partinya.