Demuth trat 1997 in die Junge Union ein und wurde im Jahr 2001 Mitglied der CDU. Seit 2009 ist sie Mitglied des Kreistages des Landkreises Neuwied sowie Mitglied des Stadtrates ihrer Heimatstadt Linz am Rhein.
Bei der Landtagswahl 2011 wurde sie als CDU-Direktkandidatin des Wahlkreises 3 Linz am Rhein/Rengsdorf gewählt. 2016 und 2021 konnte sie das Direktmandat verteidigen. In der Wahlperiode von 2016 bis 2021 war sie Vorsitzende der Enquete-Kommission „Tourismus als starker Wirtschafts- und Standortfaktor für Rheinland-Pfalz“, Mitglied im Ausschuss für Medien, Digitale Infrastruktur und Netzpolitik sowie im Ausschuss für Gleichstellung und Frauenförderung, darüber hinaus Sprecherin der CDU-Fraktion im Landtag für Tourismus, Gleichstellung und Frauenförderung und Neue Medien.
Ellen Demuth ist Mitglied der Kommission beim Landesbeauftragten für Datenschutz, im Beirat des Landesbetriebes Daten und Information und im Kuratorium Stiftung „Rheinland-Pfalz für Kultur“.[1] Im April 2017 wurde sie zur Vorsitzenden der Enquete-KommissionWirtschafts- und Standortfaktor Tourismus in Rheinland-Pfalz gewählt.[2]
Am 18. November 2017 wurde Demuth zur stellvertretenden Vorsitzenden in den CDU-Bezirksvorstand CDU Koblenz-Montabaur gewählt.[3]
Im August 2017 forderte sie die Entfernung eines ausgemusterten Kampfpanzers Centurion auf einem Privatgrundstück in der Nähe von Linz am Rhein, weil sie die Aufstellung als Verhöhnung aller Opfer von Krieg und Gewalt sah, trotz vom Eigentümer angebrachter Friedenstauben. Die Landesregierung lehnte dies mit Verweis auf das Kriegswaffenkontrollgesetz, dem der kampf- und fahruntüchtige Panzer eben nicht mehr unterläge, ab und sah keine Handhabe für eine Entfernung, die örtlichen Behörden im Kreis Neuwied sahen dies ebenso.[4]
Seit Januar 2019 ist Ellen Demuth Mitglied im Bundesfachausschuss Gesellschaftlicher Zusammenhalt der CDU Deutschlands.
Seit Februar 2019 ist Ellen Demuth Botschafterin der Antisexismuskampagne LAUT♀STARK des Ministeriums für Familie, Frauen, Jugend, Integration und Verbraucherschutz des Landes Rheinland-Pfalz.
Am 28. Januar 2020 wurde Ellen Demuth in die Struktur- und Satzungskommission der CDU-Deutschland berufen.[5]
Am 29. Januar 2020 wählte der rheinland-pfälzische Landtag Ellen Demuth in den Rundfunkrat Rheinland-Pfalz. Die Amtszeit des neuen Rundfunkrates des Südwestrundfunks begann am 11. Juli 2020.[6]
Am 6. Dezember 2020 berief Norbert Röttgen Demuth als Chefstrategin seiner Kampagne zur Kandidatur als CDU-Bundesvorsitzender.
Seit Mai 2021 gehört Ellen Demuth in der dritten Wahlperiode dem rheinland-pfälzischen Landtag als direkt-gewählte Abgeordnete an. Seit Beginn der Legislaturperiode hat sie in der Leitung der Fraktion Verantwortung als stellvertretende Fraktionsvorsitzende der CDU-Landtagsfraktion übernommen.
Von März 2022 bis September 2024 war sie stellvertretende Landesvorsitzende der CDU Rheinland-Pfalz.[9]
