นางกอบกุล นพอมรบดี เริ่มต้นอาชีพนักการเมืองจากระดับท้องถิ่น โดยได้รับเลือกตั้งให้เป็นสมาชิกสภาจังหวัดราชบุรี เขตอำเภอเมืองเมื่อปี พ.ศ. 2538ต่อมาในปี พ.ศ. 2540 ได้รับตำแหน่งรองประธานสภาจังหวัด และต่อมาได้รับตำแหน่งนายกองค์การบริหารส่วนจังหวัดราชบุรี และเริ่มเข้าสู่การเมืองระดับชาติครั้งแรกจากการลงสมัครรับเลือกตั้ง ส.ส.ราชบุรี เขต 1 ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 และได้รับการเลือกตั้งเป็น ส.ส. สมัยแรกในนามพรรคชาติพัฒนา ที่ภายหลังได้ยุบรวมเข้ากับพรรคไทยรักไทยในพ.ศ. 2547 ก่อนการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 ซึ่งนางกอบกุล นพอมรบดี ลงสมัครรับเลือกตั้งในนามพรรคไทยรักไทยในเขตเลือกตั้งเดิมและได้รับการเลือกตั้งเช่นเดิมเป็นสมัยที่สอง

บทบาทในสภาผู้แทนราษฏร นางกอบกุลเคยได้รับแต่งตั้งเป็นกรรมาธิการในหลายคณะพร้อมดำรงตำแหน่งสำคัญ อาทิได้รับแต่งตั้งเป็นรองประธานกรรมาธิการกิจการเด็ก สตรีและผู้สูงอายุ, ได้รับแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยโฆษกคณะกรรมาธิการการตำรวจปี พ.ศ. 2548 และได้รับแต่งตั้งเป็นกรรมาธิการพิจารณาร่าง พ.ร.บ.งบประมาณรายจ่าย พ.ศ. 2549 เป็นต้น

นางกอบกุลนับว่าเป็นเป็น ส.ส.ที่ทำงานหนัก ทุ่มเทและใกล้ชิดประชาชนมากที่สุดคนหนึ่ง ฐานเสียงแน่น เป็นที่รักของประชาชนมากมาย ได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.ราชบุรีติดต่อกันถึงสามสมัย ครั้งสุดท้ายจากการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป เมษายน พ.ศ. 2549 เมื่อวันที่ 2 เมษายน ที่ได้รับเลือกตั้งเป็น ส.ส.ราชบุรี เขต 1 ด้วยคะแนน 39,697 คะแนน ก่อนที่ศาลรัฐธรรมนูญจะมีคำวินิจฉัยให้การเลือกตั้งครั้งนี้เป็นโมฆะ