Engagée en 1986 au Rassemblement pour la République (RPR)[1], elle adhère l'année suivante au Front national (FN)[2], pour le compte duquel elle se présente à partir des années 1980, dans plus de vingt scrutins locaux, et devient la responsable départementale du parti dans l'Isère.
Elle est élue pour la première fois au comité central du FN lors du congrès de 1990, puis réélue en 1994 et 1997[3]. Elle rejoint le Mouvement national républicain (MNR) lors de la scission du parti en 1998-1999[3].
Elle conduit la liste FN à Grenoble pour les élections municipales de 2014. Elle obtient 12,6 % des suffrages exprimés au premier tour et décide de maintenir sa liste au second tour[1]. Elle perd plus d'un millier d'électeurs en l'espace d'une semaine et recule de quatre points entre les deux tours, mais décroche néanmoins deux sièges au conseil municipal de Grenoble et un siège à la métropole, dans l'opposition dans les deux cas.
Elle se porte candidate, en binôme avec Éric Guironnet de Massas, aux élections départementales de 2015 dans le canton de Charvieu-Chavagneux, dans l'Isère rhodanienne. Elle arrive en tête du premier tour avec 35,5 % des suffrages exprimés, puis est battue au second tour par un binôme UMP avec 41,5 %.
Le , contre l'avis de la direction du FN, elle participe au rassemblement en hommage à Jeanne d'Arc organisé par Jean-Marie Le Pen, s'exposant ainsi à d'éventuelles sanctions[9]. Elle est alors écartée de ses fonctions de responsable départementale du FN en Isère[10].
Elle annonce, le , son départ du Front national pour rejoindre Les Patriotes, parti politique créé par Florian Philippot, démissionnaire du parti[10]. L'association devient peu après un parti politique, dont elle est la référente pour l'Isère et référente nationale pour l'écologie[11]. Elle figure en deuxième position sur la liste des Patriotes, conduite par Philippot, lors des élections européennes de 2019, mais celle-ci n’obtient que 0,65 %, ce qui ne lui permet pas de conserver son mandat de députée[12].
Lors des élections municipales de 2020 à Grenoble, elle conduit une liste sans étiquette qu'elle présente comme issue de la société civile[13]. Elle obtient 725 voix, soit 2 % des suffrages exprimés, et n'est par conséquent pas réélue au conseil municipal[14].
Vie privée
Mère de cinq enfants, Mireille d'Ornano a été secrétaire de direction chargée du recouvrement à la médecine du travail interentreprises de l'Isère (MT2I)[1],[15].