Le , Laurence Tubiana est nommée représentante spéciale du gouvernement français pour la conférence Paris Climat 2015, par Laurent Fabius, alors ministre des Affaires étrangères, puis, le , elle est nommée ambassadrice chargée des négociations sur le changement climatique pour la conférence de 2015. Elle est notamment chargée de négocier l'accord international conclu à Paris (ou Accord de Paris) le , lors de la Conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques. Elle est ensuite chargée de suivre les engagements de la COP21 jusqu'à la fin de la COP22 en tant que Championne de haut niveau pour l’action climatique pré-2020 auprès de la CNUCCC. Dans ce cadre, elle participe en au Global Climate Action Summit organisé à San Francisco, avec entre autres Anne Hidalgo, Ségolène Royal et Al Gore.