În perioada 1990 – 1994 a fost inginer chimist-tehnolog prelucrarea cauciucului la SC ARPACOR SA Bucov, apoi timp de doi ani a fost responsabil toxicologie şi protecţia mediului la aceeaşi firmă, iar din 1996 până în 2004 a fost director general al societăţii.
Între 2003 şi 2004 a fost preşedinte PUR Ploieşti, din 2004 a fost membru al PNL Prahova, iar din martie 2011 vicepreşedinte al Organizaţiei de Femei a PNL. În intervalul 2004-2007 a fost viceprimar al municipiului Ploieşti. În prezent, Gavrilescu este vicepreşedinte ALDE şi lider al organizaţiei judeţene Prahova a partidului. Graţiela-Leocadia Gavrilescu a fost ministru al mediului şi al schimbărilor climatice în perioada 17 decembrie 2014 – 17 noiembrie 2015.
Gavrilescu se află la al patrulea mandat de deputat, prima oară fiind aleasă în Parlament în 2004.
Graţiela Gavrilescu are, potrivit declaraţiei de avere, 2000 de metri pătraţi de teren agricol şi 5000 de metri pătraţi de teren forestier în judeţul Vrancea, un teren agricol de 3500 de metri pătraţi în Neamţ şi 400 de metri pătraţi tere n intravilan în Ploieşti. Ea mai deţine un apartament şi o casă în Ploieşti, dar şi trei autoturisme. De asemenea, ea a mai declarat că deţine bijuterii şi diverse obiecte de artă în valoare de 5000 de euro.