Thorkildsen var fylkessekretær i Vestfold SU fra 1994 til 1996. I samme periode var hun også fylkessekretær i Vestfold SV. Hun var medlem av SUs sentralstyre fra 1996 til 1999. Hun ble kvinnepolitisk leder i SV i 2000. Hun var nestleder i SV fra 2012 til 2015.