Faits: A. B.X._ est propriétaire de parcelles agricoles sises dans le canton du Valais et, en particulier, sur la commune de Vernamiège. En 2005, il a cessé l'exploitation de ses parcelles pour des raisons de santé. Le 16 novembre 2006, le Service de l'agriculture du canton du Valais (ci-après le Service cantonal) a reconnu l'exploitation de A.X._, fille de B.X._, en tant qu'exploitation agricole. Par décision du 12 décembre 2006, le Service cantonal a octroyé à A.X._ des paiements directs d'un montant total de CHF 3'871.- pour l'année 2006. Il n'y a pas eu de versements pour les parcelles sises sur la commune de Vernamiège. Le 20 décembre 2006, la famille de B.X._ a déposé une réclamation contre cette décision auprès du Service cantonal. Par décision du 3 avril 2007, celui-ci a maintenu sa décision. Le 4 mai 2007, A.X._ a recouru contre cette décision auprès de la Commission cantonale de recours en matière agricole et de remaniements parcellaires (ci-après la Commission de recours). Par décision du 19 décembre 2007, le Service cantonal a refusé de prendre en compte les surfaces situées sur la commune de Vernamiège dans le calcul des paiements directs octroyés à A.X._ pour l'année 2007. La réclamation de celle-ci a été rejetée par décision du 27 février 2008. Le 27 mars 2008, A.X._ a recouru contre cette décision auprès de la Commission de recours. Par décision du 9 décembre 2008, le Service cantonal a informé A.X._ que le total des paiements directs auxquels elle avait droit pour l'année 2008 s'élevait à CHF 9'099.-. S'agissant des surfaces sises sur la commune de Vernamiège, les versements ont porté sur 14'919 m2 de fauche et 16'576 m2 de pâture. La réclamation de A.X._ a été rejetée par décision du 30 mars 2009. Le 30 avril 2009, A.X._ a recouru contre cette décision auprès de la Commission de recours. B. Le 29 septembre 2009, la Commission de recours a rejeté les recours de A.X._ dans une seule décision traitant des paiements directs pour les années 2006, 2007 et 2008. A.X._ a recouru contre cette décision au Tribunal administratif fédéral. Par arrêt du 15 mai 2012, celui-ci a rejeté son recours dans la mesure où il était recevable. C. Par acte du 20 juin 2012, A.X._ dépose un recours en matière de droit public, subsidiairement "recours de droit constitutionnel" (recte: recours constitutionnel subsidiaire), au Tribunal fédéral. Elle conclut à l'annulation de l'arrêt du 15 mai 2012 et au renvoi du dossier au Tribunal administratif fédéral ou/et à la Commission de recours pour nouvelle décision dans le sens des considérants, le tout sous suite de frais et dépens. Le Service cantonal conclut au rejet du recours sous suite de frais et dépens. L'Office fédéral de l'agriculture soutient la position du Service cantonal. Le Tribunal administratif fédéral et le Département fédéral de l'économie renoncent à prendre position. La recourante a déposé une ultime détermination le 18 octobre 2012.