Van 1999 tot 2005 was zij lid van de CDA-fractie in de GroningerProvinciale Staten. In 2010 was zij vicevoorzitter van de Commissie-Frissen die de verkiezingsnederlaag onderzocht van het CDA bij de Tweede Kamerverkiezingen 2010. In 2011 stelde zij zich kandidaat voor het partijvoorzitterschap. Na de eerste stemronde bleef zij over met Sjaak van der Tak. Met 8.575 stemmen, 60,9% van het totaal, werd zij op 2 april 2011 in de tweede stemronde verkozen. Daarmee volgde zij interim-voorzitter Liesbeth Spies op. Het CDA-congres in 2011 en Peetoom drongen aan op de instelling van het Strategisch beraad CDA[3] en de eerste voorzitter werd Aart Jan de Geus.
Op 10 december 2011 noemde Peetoom in een interview met NRC Handelsblad gezonde overheidsfinanciën een randvoorwaarde, geen doel. Volgens haar moeten fundamentele kwesties als de gezondheidszorg, arbeidsmarkt en de woningmarkt aangepakt worden. Niet wat iets kost is belangrijk, wel de waarde die het heeft.[4]
Over de immigratie en ontwikkelingshulp zei Peetoom op 12 maart 2012 tijdens haar start van een provincietour in het LimburgseWell, dat van verdere aanscherping van de immigratieregels en bezuiniging op ontwikkelingshulp geen sprake kan zijn omdat volgens haar in de huidige afspraken in het regeerakkoord al de uiterste grenzen zijn bereikt.[5] Daarmee schond zij de afspraak om tijdens de toen lopende coalitieonderhandelingen over verdere bezuinigingen, geen politieke uitspraken te doen. Peetoom ontkende de uitspraken, maar aanwezige journalisten bevestigden ze.[6]
Op 28 januari 2019 gaf Peetoom in het Family7-televisieprogramma Thuis van Jan van den Bosch een openhartige kijk in haar leven en haar tijd bij het CDA. Op 9 februari 2019 werd zij als partijvoorzitter van het CDA opgevolgd door Rutger Ploum.[7]
Na de politiek
Van 1 maart 2019 tot 1 september 2021 was Peetoom werkzaam als uitgever bij het Friesch Dagblad.[8] Op 25 juni 2021 werd bekendgemaakt dat Peetoom door de leden van de Nederlandse ggz, voorheen GGZ Nederland, is verkozen tot nieuwe voorzitter met ingang van 1 september van dat jaar. Hiermee volgt zij Jacobine Geel op die na twee termijnen afscheid neemt als voorzitter.[9] Peetoom is lid van de raad van toezicht van Cordaid.[10] Sinds 1 september 2021 is Peetoom voorzitter van het bestuur van het Christelijk-Sociaal Congres (CSC).[11] Sinds 1 januari 2023 is ze lid van de raad van toezicht van de Evangelische Omroep (EO).[12]