Mucho antes de comenzar su carrera política, a los 17 o 18 años, en Brighton (Inglaterra), cuidaba de unos treinta niños españoles que estudiaban inglés allí en verano. También estuvo en una revista jurídica, en una ONG de intercambios de chicos con Estados Unidos y Latinoamérica o en la Comisión Nacional del V Centenario.
En 1983, durante su etapa universitaria, fue una de las fundadoras de la asociación Estudiantes Socialistas e ingresó en las Juventudes Socialistas de España. Un año más tarde se afilió al PSOE. En 1984, y por dos años, presidió el Comité de Relaciones Internacionales del Consejo de la Juventud de España y fue miembro de su Comisión Permanente. En 1989 se desempeñó como representante española en el programa norteamericano NATO Youth Exchange. También fue responsable del departamento "Nuevos Programas y Desarrollo" de la delegación en España de la organización American Field Service.
Entre 1990 y 1992 vivió en Guinea Ecuatorial, donde trabajó como Profesora-tutora de Derecho Político en la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) y en el Colegio Español en Bata. Desde 1996 hasta julio de 2000 fue Responsable de Relaciones Políticas con América en la Secretaría de Relaciones Internacionales del PSOE, y desde 1997 fue asesora del ex Presidente Felipe González en la Comisión Progreso Global de la Internacional Socialista.
En julio de 2000 fue elegida Secretaria de Política Internacional de la Comisión Ejecutiva Federal del PSOE y reelegida en julio de 2004. Desde abril de 2001 forma parte de la Comisión Trilateral, y este mismo año fue reelegida Vicepresidenta del Partido de los Socialistas Europeos en el Congreso del PSE.
En 2003, su carrera política da un giro al presentarse por el PSOE a la alcaldía de Madrid. Aquellas elecciones las ganó Alberto Ruiz-Gallardón (PP) por mayoría absoluta, pero Jiménez consiguió el mayor número de concejales socialistas desde que los socialistas fueron desalojados de la alcaldía. En la campaña electoral, los carteles del PSOE mostraban a una atractiva Trinidad Jiménez llevando una cazadora de cuero. Una imagen que la acompañaría el resto de su carrera.
Jiménez ermanece como concejala en el Ayuntamiento de Madrid hasta que, el 6 de septiembre de 2006, José Luis Rodríguez Zapatero, Presidente del Gobierno desde la victoria del PSOE en las elecciones en 2004, la propone como secretaria de Estado para Iberoamérica.
En la profunda remodelación del Gobierno de España del 7 de abril de 2009 es nombrada ministra de Sanidad y Política Social sustituyendo a Bernat Soria. Como ministra ha destacado su protagonismo en la coordinación de la campaña de vacunación de la gripe A y la elaboración de una ley antitabaco más estricta.
El 9 de agosto de 2010, presenta su candidatura a encabezar la lista del PSM-PSOE en las elecciones autonómicas de 2011 de la Comunidad de Madrid. Compite en primarias con Tomás Gómez, secretario general de los socialistas madrileños desde 2007. A pesar de contar con el claro apoyo de la Ejecutiva Federal, pierde las elecciones por un estrecho margen, ya que contó con el 48,2% frente al 51,8% del Secretario General del PSM.
Ahora, tiene ante sí un nuevo reto en su carrera: sustituir a Alfredo Pérez Rubalcaba en la cartera de Asuntos Exteriores.