Sénatrice représentant les Français de l’étranger (élue en 2004, réélue en 2011), Joëlle Garriaud-Maylam est membre de la commission exécutive des Républicains et Secrétaire nationale en charge de la Francophonie et de la Coopération.
Au Sénat, elle est Secrétaire de la Commission des Affaires étrangères, de la Défense et des Forces Armées, membre de la Commission des Affaires européennes et Vice-présidente de la Délégation aux Droits des Femmes et à l'Égalité des chances entre Hommes et Femmes. Elle est également présidente déléguée des groupes d’amitié France-Birmanie et France-Sénégal. Elle représente le Sénat à l’Assemblée parlementaire de l’OTAN, où, en tant que Rapporteur général, elle travaille notamment sur les questions de terrorisme ; elle représente également le Sénat à la Commission nationale pour la Science, l’Education et la Culture (UNESCO) et au Conseil Supérieur de la Réserve Militaire.

Juriste international de formation, elle a été auditrice de l'Institut des hautes études de défense nationale (IHEDN) et de l’Institut des études européennes de l'ENA. Elle est Colonel de réserve (réserve citoyenne) et Chevalier de la Légion d'honneur - insignes remis par le Président Jacques Chirac à l'Elysée en juillet 2002.
Elle a représenté les Français du Royaume-Uni et d’Irlande de 1988 à 2004 (date de son entrée au Sénat) au Conseil supérieur des Français de l'étranger, dont elle a été la première vice-présidente de 2000 à 2003. Elle est membre du Conseil Franco-Britannique.
Outre les dossiers spécifiques aux Français de l’étranger (scolarisation, protection sociale, fiscalité, sécurité, représentation institutionnelle et politique), elle s’investit particulièrement dans les domaines de défense et de lutte contre le terrorisme, d’égalité femmes/hommes, d’éthique publique, de lutte contre la corruption, de développement international et d’audiovisuel.
Elle a créé le Prix du Rayonnement français, remis chaque année au Quai d’Orsay.