W wieku 19 lat podjęła pracę w filharmonii państwowej Litewskiej SRR w Wilnie. W trakcie studiów pracowała w zakładach futrzarskich w Leningradzie. Po ukończeniu studiów wróciła na Litwę i przez kilka miesięcy pełniła funkcję sekretarza w Litewskiej Akademii Nauk. W latach 80. była wykładowcą ekonomii politycznej w wyższej szkole partyjnej w Wilnie.
W latach 1990–1991 była kierownikiem wydziału w instytucie badawczym, a w 1991 dyrektorem programowym w biurze Rządu Republiki Litewskiej. Od 1991 do 1993 pełniła funkcję dyrektora departamentu europejskiego w resorcie współpracy gospodarczej z zagranicą. Od 1993 była dyrektorem departamentu ekonomicznego w Ministerstwie Spraw Zagranicznych, pełniła jednocześnie funkcje przewodniczącej komitetu zarządzania pomocą Phare i G-24 oraz głównego negocjatora ds. umowy o wolnym handlu z Unią Europejską.
Działalność publiczna do 2009
W latach 1994–1995 była posłem nadzwyczajnym i ministrem pełnomocnym w przedstawicielstwie Litwy przy Unii Europejskiej, zastępczynią głównego negocjatora ds. układu europejskiego z Unią Europejską oraz przedstawicielem koordynatora pomocy państwowej w Brukseli. Od 1996 pełniła funkcję ministra pełnomocnego w ambasadzie Litwy w Stanach Zjednoczonych. W latach 1999–2000 zajmowała stanowisko wiceministra finansów oraz głównego negocjatora w negocjacjach z Międzynarodowym Funduszem Walutowym i Bankiem Światowym. W latach 2000–2001 była wiceministrem spraw zagranicznych i zastępczynią przewodniczącego litewskiej delegacji w negocjacjach dotyczących przystąpienia do Unii Europejskiej.
W lipcu 2001 objęła urząd ministra finansów w nowo utworzonym rządzie Algirdasa Brazauskasa. 1 maja 2004, w dniu przyjęcia Litwy do Unii Europejskiej, została powołana w skład Komisji Europejskiej na funkcję komisarza odpowiedzialnego za edukację i kulturę (obok Viviane Reding). W utworzonej w listopadzie 2004 komisji pod przewodnictwem José Barroso odpowiadała za programowanie finansowe i budżet.
W latach 1979–1988 była członkiem KPZR. Później pozostała bezpartyjna[2].
Prezydent Republiki Litewskiej
Dalia Grybauskaitė była wymieniana w gronie potencjalnych kandydatów na stanowisko prezydenta Litwy w wyborach w 2009. 26 lutego 2009 oficjalnie ogłosiła swoją decyzję o starcie w wyborach jako kandydatka niezależna[3]. Poparcie dla niej wyraziły dwa ugrupowania koalicji rządowej: Związek Ojczyzny[4] i Ruch Liberalny[5].
W wyborach prezydenckich z 17 maja 2009 Dalia Grybauskaitė odniosła zwycięstwo już w pierwszej turze głosowania. Zdystansowała rywali[6][7], zdobywając 68,21% głosów. 12 lipca 2009 została zaprzysiężona na urząd prezydenta Litwy, stając się w ten sposób pierwszą kobietą sprawującą ten urząd[8].
W 2014 zdecydowała się ubiegać o reelekcję w kolejnych wyborach prezydenckich[9]. W pierwszej turze wyborów zdobyła 45,92% głosów, przechodząc do drugiej tury z kandydatem LSDPZigmantasem Balčytisem[10]. W ponownym głosowaniu z 25 maja 2014 pokonała kandydata lewicy, otrzymując 57,9% głosów[11]. 12 lipca 2014 została po raz drugi zaprzysiężona na prezydenta Litwy[12]. Jej druga pięcioletnia kadencja zakończyła się 12 lipca 2019[13].
W 2020 przyjęła zaproszenie do Klubu Madryckiego, zrzeszającego byłych prezydentów i premierów[14].