Madeleine Henfling war von 2014 bis 2024 für Bündnis 90/Die Grünen Mitglied des Thüringer Landtags, dem sie zusätzlich ab 2020 als Vizepräsidentin vorstand. Bei der Landtagswahl 2024 trat sie als Spitzenkandidatin ihrer Partei an, welche jedoch die Wiederwahl in den Landtag verpasste. Zuvor war sie von 2009 bis 2011 Landessprecherin von Bündnis 90/Die Grünen Thüringen. Ihre thematischen Schwerpunkte liegen auf Netzpolitik und Datenschutz, Kultur und Medien, Demokratie, Innenpolitik sowie Europa. Im März 2025 veröffentlichte sie zusammen mit Luna Möbius und Thea-Helene Gieroska ein Strategiepapier, in dem sie einen radikalen Kurswechsel ihrer Partei fordert, damit Bündnis 90/Die Grünen in Ostdeutschland künftig eine zentralere Rolle spielt.