Jeune avocate, elle fonde le premier cabinet d’avocats spécialisés dans le droit de l'environnement avec son mari en 1978. L’affaire de l’Amoco Cadiz, dans lequel elle prend le parti des collectivités locales souillées par un pétrolier d’origine américaine en 1978, la porte sur le devant de la scène médiatique. Elle travaille ensuite sur de nombreux dossiers concernant l'environnement, au côté d'associations et de collectivités locales.

En 1989, elle devient membre du conseil municipal de Cabourg dans le Calvados.

Sans attache politique, elle répond positivement à la proposition d’Alain Juppé de prendre en charge le ministère de l’Environnement en 1995. Elle obtient des avancées dans le domaine de la prévention avec l’adoption de la loi LAURE du 30 décembre 1996 (aussi appelée loi Lepage), la création du Comité de la prévention et de la précaution et la fin de la participation de la puissance publique au comité permanent Amiante.

La dissolution de 1997 met fin à l’expérience ministérielle, mais pas à son combat pour une écologie humaniste. Elle transforme son club de réflexion Cap21, fondé en 1996, en mouvement politique. Parallèlement, elle continue son activité de défense des intérêts écologiques tant au barreau de Paris qu’à celui de Bruxelles et s’implique dans de nombreuses associations. Elle est ainsi co-fondatrice de l’Observatoire de Vigilance et d’Alerte Écologique avec Michèle Rivasi. Elle dirige également le Comité de Recherche et d’Informations Indépendantes sur le Génie Génétique (CRII GEN), comité scientifique très en pointe sur les risques environnementaux et sanitaires liés à la diffusion des OGM. Administrateur de Transparency International France, elle s’implique dans la lutte contre la corruption politique et financière. Elle enseigne par ailleurs à l’Institut d'études politiques de Paris et à l’Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines.

En 2002, Corinne Lepage se lance dans la course à l’Élysée et recueille 1,88 % des voix au premier tour. Aux élections régionales de 2004, elle est à tête de la liste départementale de Paris sur la liste d'André Santini (UDF). Elle ne participe pas à la fusion de second tour avec la liste UMP de Jean-François Copé. La liste qu’elle conduit aux élections européennes de juin 2004 sur la circonscription Ile de France recueille 3,6 % des voix.

2007 : lors de l'élection présidentielle, candidate dans un premier temps, elle choisit, début mars 2007, de soutenir François Bayrou[5] et rejoint ensuite son nouveau mouvement politique, le Mouvement démocrate. Elle en est d'ailleurs un des membres fondateurs et vice-présidente du MoDem, en charge des Commissions de travail

2008 : elle est tête de liste MoDem dans le 12e arrondissement de Paris lors des élections municipales de 2008

De novembre 2007 à février 2008, elle rédige pour le ministre de l'Environnement, Jean-Louis Borloo, un rapport sur la « gouvernance écologique » qui préconise notamment de renforcer le statut de l'expert[4].

7 juin 2009 : elle est élue député lors des élections européennes, dans la circonscription Nord-Ouest .

16 juillet 2009 : Membre du Groupe ADLE, elle est élue vice-présidente de la commission ENVI « environnement, santé publique et sécurité alimentaire. ». Elle est également membre suppléante de la commission ITRE (Industrie, Recherche et Energie)

Ses ouvrages :

Code annoté de procédures administratives contentieuses (1990)
Les Audits d'environnement (1992)
On ne peut rien faire, madame le Ministre (1998)
Bien gérer l'environnement, une chance pour l'entreprise (1999)
La Politique de précaution (en coll. avec François Guéry, 2000)
Oser l'espérance (2001)
De l'Écologie hors de l'imposture et de l'opportunisme (2003) collection Temps critique (ISBN 978-2877810746)
Santé & Environnement : l'ABCdaire (2005)
J'arrive (2005) sous le pseudonyme de Catherine Médicis
Ecoresp 2006 (2006)
L'Entreprise responsable. Sociale, éthique, "verte"… et bénéficiaire ?, de Cécile Jolly, préface de Corinne Lepage, Éd. du Félin, 2006. (ISBN 2-86645-617-3).
Et si c’était elle, roman de politique fiction. Éditions Michalon, 2006 (ISBN 2-84186-320-4).
Constitution pour une nouvelle République, 2006 (ISBN 2-35310-000-7).
On efface tout et on recommence (2006) sous le pseudonyme de Catherine Médicis, (ISBN 9782841863129)
Vivre autrement, 2009, (ISBN 9782246753414)