Fra 2016 til 2020 var hun en av to nasjonale talspersoner i Miljøpartiet De Grønne (MDG). Fra 2016 til 2018 var hun nasjonal talsperson sammen med Rasmus Hansson, fra 2018 sammen med Arild Hermstad. I stortingsvalget 2017 var hun MDGs førstekandidat i Oslo, og hun ble valgt inn på Stortinget som eneste representant for partiet. I 2020 ble hun valgt til partiets første leder. Landsmøtet i 2020 ble gjennomført uten fysisk oppmøte. Landsmøtedelegatene deltok med lyd og bilde over internett. Hun trakk seg som partileder i august 2022 av personlige årsaker. miniatyr|Bastholm på landsmøte 2016 der hun for første gang ble valgt til en av to nasjonale talspersoner for MDG. Bastholm satt i sentralstyret til De Grønne i perioden 2012–2013, var fylkesleder i Miljøpartiet De Grønne i Oslo 2013–2014, og var politisk rådgiver for De Grønne på Stortinget 2013–2016. I 2013 ble hun innvalgt som 1. vararepresentant til Stortinget for Miljøpartiet De Grønne i Oslo.