Hun er kommunestyrerepresentant i Lillehammer fra 1999 og stod på førsteplass på Rødts Oppland-liste ved stortingsvalget 2009. Thomassen ble valgt som leder i Rødt (etter Torstein Dahle) på partiets landsmøte 30. mai 2010, etter mange år som medlem i Rød Ungdom, Rød Valgallianse og Arbeidernes Kommunistparti. Hun ble etterfulgt av Bjørnar Moxnes som ny partileder 6. mai 2012.