Diplômée en sciences politiques, Monica Frassoni a été élue secrétaire générale des Jeunes européens fédéralistes en 1987 et s'est installée à Bruxelles. De 1990 à juin 1999, elle a travaillé pour le Groupe des Verts/ALE au Parlement européen en tant que conseillère sur les affaires constitutionnelles.

En 1999, elle a été élue députée européenne sous l'étiquette ECOLO, la première italienne élue à l'étranger. En 2004, elle est réélue avec les écologistes italiens. De 2002 à 2009, elle a co-présidé le Groupe des Verts/ALE conjointement avec Daniel Cohn-Bendit. Elle était co-présidente du Parti vert européen d'octobre 2009 à novembre 2019. Depuis 2020, elle préside le Conseil Communal d'Ixelles, une commune de la Région de Bruxelles.

En 2011, elle a cofondé et préside depuis lors l'Alliance européenne pour la sauvegarde de l'énergie, une organisation multipartite dirigée par des entreprises qui plaide en faveur de l’efficacité énergétique et d'organisations de la société civile engagées sur le même sujet. Depuis 2013, elle est présidente du Centre européen d’appui électoral (ECES), une organisation spécialisée dans des projets d’appui électoral dans des pays en développement.

Elle a rejoint Europe Jacques Delors en 2024 en tant que chercheuse associée sur la diplomatie verte et l'agroalimentaire.