De 1994 à 2006, Philippe Lamberts est conseiller communal à Anderlecht. Entre 1999 et 2003, il est a également conseiller pour les questions internationales et la sécurité d'Isabelle Durant, en étant ministre fédérale des transports dans le premier gouvernement Verhofstadt. De 1999 à 2002, il représente la Fédération des Partis verts européens, avant d'en devenir le porte-parole avec Ulrike Lunacek (2006-2009), puis Monica Frassoni (2009-2012).
Lors des élections européennes de 2009, il est élu au Parlement européen, où il siège au sein du groupe des Verts/Alliance libre européenne, dont il est le co-président depuis 2014. Il est réélu en 2014. En 2013, il est à l'origine d'une proposition européenne visant à plafonner les revenus dans le secteur de la finance.
Philippe Lamberts est membre de la commission ITRE (Industrie, recherche et énergie) et de la délégation UE-Chine et membre suppléant de la délégation pour les relations avec la République populaire de Chine de 2009 à 2014 et membre titulaire de la commission ECON (Affaires économiques et monétaires) depuis 2010.
Le 17 avril 2018, il répond au nom de son groupe à la prise de parole du président français Emmanuel Macron devant le Parlement européen et lui offre symboliquement une corde d'escalade.
"Cliches de famille. Oser (re) parler politique à table", 2013.
Son terrain de prédilection ? Le repas de famille. Ses proies favorites ? Les étrangers, les chômeurs, les fonctionnaires, ou les salariés. Son carburant ? Le ras-le-bol ambiant. Son nom ? Le cliché ! Pas un repas de famille, sans que votre beau-frère, votre tante ou votre cousin ne scande dès l'apéro l'une de ses multiples expressions : "Quand on veut vraiment du travail, on en trouve", "Les salaires plombent notre compétitivité", "Les Etats ont vécu au-dessus de leurs moyens", "files impôts ne font qu'engraisser les fonctionnaires", "Il y aura toujours du pétrole", etc. Si la simple évocation de ces idées reçues réveille en vous de mauvais souvenirs... familiaux, ne passez pas votre chemin ! Ce manuel d'autodéfense politique entend précisément vous donner les arguments clés pour démêler le vrai du faux des propos démagos.