I 2004 ble hun varamedlem av Europaparlamentet, og rykket opp til fast medlem idet Henrik Dam Kristensen ble partisekretær i Socialdemokraterne i 2006. Schaldemose ble valgt til Europaparlamentet på eget mandat i 2009 og 2014. Hun har spesielt arbeidet med forbrukerpolitiske spørsmål.