Filiada ao PT desde 1981, elegeu-se deputada estadual do Rio Grande do Norte por dois mandatos, em 1994, com 8.347 votos,^[e 1998 com 30.697 votos.Na Assembleia Legislativa potiguar, foi presidente da Comissão de Direitos Humanos e da Comissão de Defesa do Consumidor, Meio Ambiente e Interior. Representou o Poder Legislativo potiguar no Conselho Estadual de Defesa dos Direitos Humanos e Cidadania e no Conselho Estadual do Meio Ambiente. Foi delegada na IV Conferência Mundial sobre a Mulher (Beijing, 1995) e no I e II Fórum Social Mundial (Porto Alegre, 2001 e 2002). Também participou do Encontro Internacional em Solidariedade às Mulheres Cubanas (Havana, 1998).

Em 2002 candidatou-se a deputada federal pelo Rio Grande do Norte e foi eleita com 161.875 votos, sendo reeleita em 2006, com 116.243 votos, e em 2010 com 220.355 votos (ano em que obteve a quinta melhor votação proporcional do país).

Em 2014, Fátima candidatou-se a senadora pelo Rio Grande do Norte, sendo eleita com 808.055 votos, o que representa 54,84% dos votos válidos.