Trine Lise Sundnes var en del av LOs ledelse fra 2001 til 2013. I tiden i LO hadde hun blant annet det politiske ansvaret for avtalen om inkluderende arbeidsliv (IA-avtalen), arbeidsmiljøspørsmål og hovedavtale- og tariffansvar for privat service- og tjenesteytende sektor (Virke, SAMFO og Finansnæringens Arbeidsgiverforening). Trine Lise Sundnes satt i det regjeringsoppnevnte Arbeidslivslovutvalget (NOU 2004:5) som sto for en omfattende revidering av Arbeidsmiljøloven.