In 1994, een jaar na haar benoeming bij UNICEF, werd Mouskouri lid van het Europees Parlement in Straatsburg als afgevaardigde van de christendemocratische en gematigd conservatieve Griekse partij Nea Dimokratia (Nieuwe Democratie), die deel uitmaakte van de centrum-rechtse Fractie van de Europese Volkspartij. De Griekse partij rechtvaardigde haar kandidaatstelling met het argument dat Griekenland personen met een internationale reputatie nodig had om de nationale standpunten in Europa toe te lichten, ook al had Mouskouri voordien weinig politieke belangstelling getoond en moest zij in een interview toegeven weinig af te weten van de Macedonische kwestie, die in haar land nog steeds gevoelig lag. Haar lidmaatschap kwam haar dan ook op kritiek te staan. In het Europarlement was ze lid van de commissies voor de rechten van de vrouw en ontwikkelingssamenwerking en had ze onder meer culturele zaken in haar portefeuille. Na vijf jaar zag ze af van een tweede ambtstermijn en in 1999 verliet ze de politiek, mogelijk omdat het dagelijks werk als politicus haar te zwaar werd of omdat volgens haar alles in het Europees Parlement om partij- en machtspolitiek draaide. In 2010, toen haar geboorteland in een grote financiële crisis verkeerde, schonk ze "uit plichtsgevoel tegenover haar vaderland" haar Europees pensioen (ze ontving jaarlijks 25.000 euro) aan de Griekse staat.