În perioada 1990 – 1994 a fost inginer chimist-tehnolog prelucrarea cauciucului la SC ARPACOR SA Bucov, apoi timp de doi ani a fost responsabil toxicologie și protecția mediului la aceeași firmă, iar din 1996 până în 2004 a fost director general al societății.
Între 2003 și 2004 a fost președinte PUR Ploiești, din 2004 a fost membru al PNL Prahova, iar din martie 2011 vicepreședinte al Organizației de Femei a PNL.
În intervalul 2004-2007 a fost viceprimar al municipiului Ploiești.
Gavrilescu a fost deputat timp de patru mandate, prima oară fiind aleasă în Parlament în 2004.
Gabriela Gavrilescu a fost numită vicepreședinte ALDE și lider al organizației județene Prahova a partidului. Grațiela-Leocadia Gavrilescu a fost ministru al mediului și al schimbărilor climatice în perioada 17 decembrie 2014 – 17 noiembrie 2015 și din nou de pe 3 aprilie 2017.
Garațiela Gavrilescu a deținut în Guvernul PSD și funcția de vicepremier și a decis să plece din Cabinetul Dăncilă după ce Călin Popescu Tăriceanu a anunțat retragerea de la guvernare a ALDE, pe 27 august.