Sedan 2009 är Cecilia EU-parlamentariker för Liberalerna.
I Europaparlamentet är Cecilia ledamot i utskottet för mänskliga fri- och rättigheter (LIBE) och sedan juni 2014 ordförande i Petitionsutskottet (PETI). Hon är även ordförande för utskottsordförandekonferensen, som samlar alla Europaparlamentets utskottsordföranden, och ansvarar därmed för samordningen av lagstiftningsarbetet.
Mellan 2012 och 2014 satt Cecilia i Europaparlamentets rådgivande etikkommitté, en grupp om fem ledande parlamentariker som fungerar som rådgivare för övriga kollegor i etiska frågor.
Våren 2013 blev Cecilia utsedd att representera den liberala gruppen i den förhandlingsdelegation som kommer att förhandla fram ett nytt avtal mellan Europaparlamentet och övriga institutioner om hur parlamentet ska få tillgång till hemligstämplade dokument kopplade till den gemensamma utrikes- och säkerhetspolitiken.