Ze begon haar loopbaan bij het Europees Parlement als lid van GroenLinks en promoveerde vervolgens op een proefschrift over Europese politieke vertegenwoordiging, aan de Universiteit van Amsterdam. In 2012 werd Buitenweg lid van het College voor de Rechten van de Mens. Vijf jaar later keerde ze terug in de politiek, als vicefractievoorzitter en woordvoerder justitie en veiligheid in de Tweede Kamer. Sinds 2021 werkt ze voor de Raad van State. Vrouwenrechten lopen als rode draad door Buitenweg’s activiteiten. Als volksvertegenwoordiger zette ze zich in voor een betere aanpak van stalking, seksuele misdrijven en huwelijke gevangenschap. Daarnaast is ze voorzitter geweest van het Clara Wichmann proefprocessenfonds en ambassadeur van de campagne ‘My life, my choice, my body’.
