פעילות ציבורית
בשנת 1984 החלה בפעילות פוליטית ציבורית כאשר הייתה ממארגני מאבק מקומי לפתיחת בית הקולנוע "היכל" בעירהּ פתח תקוה, בשבת. למאבק זה חברה גם מפלגת רצ וכך נוצרה היכרות בינה ובין מנהיגי המפלגה, בהם שולמית אלוני. בתום המאבק הצטרפה גלאון למפלגת רצ ושימשה כעוזרת למזכ"ל המפלגה - דדי צוקר. שימשה כמנכ"לית כתב העת "פוליטיקה", נמנתה על מייסדי ארגון "בצלם" ושימשה כמנכ"ל הארגון. בשנת 1988 נמנתה על מקימי תנועה ציבורית בשם "השנה ה-21" אשר עסקה בפעילות מחאה נגד השליטה הישראלית בשטחי יהודה, השומרון וחבל עזה. לאחר הפגנה בה השתתפה במסגרת פעילות התנועה נעצרה לחמישה ימים ושוחררה.
בשנת 1994 נבחרה גלאון לתפקיד מזכ"ל מפלגת רצ ובהתאם הייתה לחברת צוות המזכ"לים של מפלגת מרצ (איחוד המפלגות: רצ, מפ"ם ושינוי).
בשנת 1998 מונתה למנכ"ל המרכז הבינלאומי לשלום במזרח התיכון, תפקיד בו החזיקה במשך שנה. במהלך כהונתה התעמתה עם יו"ר המרכז והשניים הגישו זה כנגד זה תלונות למשטרה בחשד לביצוע עבירות שחיתות שונות במסגרת ניהול המרכז. בעקבות הגשת התלונה נפתחה נגד גלאון חקירה משטרתית. בשנת 2003 החליט היועץ המשפטי דאז אליקים רובינשטיין לסגור את תיק החקירה נגד גלאון, בנוגע לאחד החשדות בשל היעדר ראיות ובנוגע ליתרת החשדות, בנימוק של היעדר אשמה.
פעילותה של גלאון בתחום זכויות האדם והאזרח זיכתה אותה ב"פרס קרטר" לזכויות האדם (בשם ארגון "בצלם") וכן ב"פרס מהטמה גנדי" לפיוס ולשלום (בצוותא עם חנאן עשראווי).
חברת כנסת
בשנת 1999 לאחר הבחירות לכנסת ה-15, הושבעה כחברת כנסת ומונתה ליושב-ראש סיעת מרצ. גלאון כיהנה ברציפות כחברת כנסת עד לתום הכנסת ה-17 (2009).
במהלך שנים אלה הרבתה להתבטא ולפעול למען: סיום השליטה הישראלית בשטחי יהודה, שומרון וחבל עזה, סיום הנוכחות הישראלית ברצועת הביטחון בדרום לבנון, הפרדת דת ומדינה, זכויות האדם והאזרח, שוויון מגדרי, זכויות עובדים, שוויון זכויות לחברי הקהילה הגאה ועוד. במסגרת פעילותה כחברת כנסת יזמה וקידמה חקיקה בתחומים אלה, בהם: חוק "איסור סחר בבני אדם", חוק לקביעת עונשי מינימום בעבירות מין ואלימות במשפחה, "חוק התספורות" אשר הנהיג פיקוח שיפוטי על הסדרי חוב בשוק ההון, תיקון חוק למניעת אלימות במשפחה.
במהלך כהונתה כחברה בכנסת ה-15 עד ה-17 שימשה כחברה במגוון ועדות בהן: ועדת החוקה, ועדת חוץ וביטחון, ועדת הכנסת, הוועדה לקידום מעמד האישה, ועדת חוקה, חוק ומשפט ועוד. כמו-כן שימשה כיושב-ראש ועדת משנה למאבק בסחר בנשים. הייתה חברה בוועדת חקירה פרלמנטרית בנושא: גילוי השחיתות בממשל במדינת ישראל; וכיהנה כיושב-ראש ועדת החקירה הפרלמנטרית לעניין הסחר בנשים.
בשנת 2008 התמודדה גלאון בבחירות הפנימיות על ראשות מרצ מול חיים אורון ורן כהן וסיימה במקום השלישי עם כ-18 אחוזים מן הקולות.
לקראת הבחירות לכנסת ה-18 (2009) שובצה גלאון במקום הרביעי ברשימת מרצ. בבחירות עצמן זכתה הרשימה ב-3 מנדטים בלבד וגלאון נותרה מחוץ לכנסת. בתקופת היעדרותה מן הכנסת המשיכה לעסוק בפעילות פוליטית במסגרת מרצ, במקביל החלה בלימודי דוקטורט באוניברסיטת בר-אילן והגישה תוכנית בערוץ הכנסת ועסקה בפעילות ציבורית בנושאים שונים.
יושב-ראש מרצ
בשנת 2011 התפטר חיים אורון מן הכנסת, ופינה את מקומו לגלאון אשר שבה לכהן כחברת כנסת. במקביל הודיע אורון, אז יושב ראש מרצ, כי אין בכוונתו להתמודד בשנית על הנהגת המפלגה. בראשית 2012 נערכו בחירות פנימיות על הנהגת מרצ ובהן התמודדו: גלאון, אילן גילאון ואורי אופיר. הפעם סיימה גלאון במקום הראשון עם 60.6% מהקולות ומונתה למנהיגת המפלגה.
בבחירות לכנסת ה-19 (2013), בהנהגתה של גלאון זכתה מרצ ב-6 מנדטים (הכפלת כוחה מן הבחירות הקודמות). בכנסת ה-19 שימשה גלאון כחברה בוועדת הכספים ובוועדת החוץ והביטחון.
בבחירות לכנסת ה-20 (2015) שוב בהנהגתה של גלאון, טרום סיום ספירת הקולות היה נראה כי מרצ תזכה ב-4 מנדטים בלבד. אל מול תוצאה זו הודיעה גלאון כי תתפטר מתפקידה ותפנה את מקומה בכנסת. בתום ספירות הקולות התברר כי המפלגה זכתה בחמישה מנדטים וגלאון הודיעה כי תישאר בתפקידה.
בפעילותה כמנהיגת מרצ, הן בכנסת והן בזירה הציבורית ככלל קנתה לעצמה גלאון מעמד של אחת הנציגות הבולטות והמוכרות בצידה השמאלי של המפה הפוליטית. מעמד זה הפך אותה לא פעם מושא לביקורת ולהתקפות אישיות חריפות מצד פוליטיקאים ואישי ציבור מצידה הימני של המפה הפוליטית.
בראשית שנת 2017 הודיעה גלאון על כוונתה לקדם בחירות מקדימות פתוחות במרצ בהן יבחרו מועמדי המפלגה לכנסת וכן יו"ר המפלגה, אך המפלגה הצביעה אחרת מדעתה.
