Beliau telah dipilih ke Parlimen Jerman, Bundestag pada 1994. Dari 1998 hingga ke 2002, Özdemir menjadi Jurucakap Parti Hijau di Parlimen bagi Hal Ehwal Dalam Negeri dan pengerusi Kumpulan Parlimen Jerman-Turki.

Pada 26 Julai 2002, beliau meletakkan jawatannya sebagai ahli Parlimen sekaligus jurucakap parti Hijau setelah dilaporkan melakukan kesalahan yang melibatkan seorang pakar hubungan awam dan juga ahli lobi Moritz Hunzinger. Namanya yang telah tersenarai dalam kertas undi untuk pilihanraya umum pada tahun itu tidak dapat ditarik balik dan beliau dipilih semula menduduki kerusi dalam parlimen yang baru. Namun, beliau menarik diri daripada menjawat jawatan tersebut dan memberi laluan kepada ahli politik dari Parti Hijau yang lain.

Sejak tahun 2004, beliau menganggotai Parlimen Eropah (Kumpulan Hijau/Pakatan Eropah Bebas) dan juga Jawatankuasa bagi Hal Ehwal Luar Negara. Beliau merupakan naib pengerusi sebuah jawatankuasa yang menyiasat aktiviti-aktiviti CIA yang melanggar hak asasi manusia dengan menggunakan negara-negara Eropah untuk memindah atau menahan seseorang tanpa dituduh di mahkamah. Beliau juga merupakan seorang ahli sebuah kumpulan perhubungan bagi Cyprus Utara yang berpengaruh, delegasi antara parlimen EU-Turki dan juga Kumpulan kepelbagaian dan anti perkauman.

Pada tahun 2007, beliau mengambil alih sebagai penaung Christopher Street Day di Stuttgart.