Høsten 2013 ble hun innvalgt på Stortinget fra Nord-Trøndelag. Agdestein ble med dette den første Høyre-representanten på distriktsmandat, så vel som den første kvinnelige representanten, fra fylket etter 1993. Etter konstitueringen fikk Agdestein plass i Stortingets utenriks- og forsvarskomité. I 2017 tok hun sete i Stortingets finanskomité.