De retour en Suisse en 1992, elle est engagée au Parlement fédéral en tant que responsable du service d’information. En 1996, elle quitte son poste pour devenir membre de l'état-major de Flavio Cotti au Département fédéral des affaires étrangères (DFAE), puis comme collaboratrice personnelle de Joseph Deiss en 1999.
En , le Conseil fédéral la nomme secrétaire générale adjointe du DFAE, puis vice-chancelière le . Elle adhère alors au Parti démocrate-chrétien, dont elle avait selon ses propres dires toujours été proche[3]. Son élection à un des deux postes de vice-chancelier est entachée d'une controverse sur la représentation des minorités latines au sein de la Chancellerie fédérale, Corina Casanova étant «identifiée, malgré ses origines romanches et la pratique du dialecte, comme Alémanique»[4]. Le conseiller fédéral Pascal Couchepin dénonce la situation dans la presse[5],[6]. Corina Casanova déclarera plus tard que le déni de sa latinité l'a «beaucoup touchée»[3].
En 2019, elle est nommée présidente de la Fondation des médias romanches[7].
En , elle fait l'objet d'une polémique et d'une enquête de la Commission de gestion en raison du prix élevé d'un voyage de cinq jours en première classe avec son collaborateur personnel à San Francisco trois ans plus tôt[8],[9],[10]. En , elle est à nouveau critiquée[11] lorsque la Sonntagszeitung révèle la mise en place du groupe de réflexion, Democrazia Vivainta, qualifié de secret par l'hebdomadaire dominical[12] et chargé de réfléchir à l'évolution des droits populaires[13]. Selon la prise de position publiée deux jours plus tard par la Chancellerie fédérale, ce groupe de réflexion visait uniquement à «cerner les opportunités et les défis que l’avenir des droits politiques nous réserve» et l'institution d'un tel groupe de réflexion «est une pratique normale, qui n’a rien de secret»[14].
En , elle annonce qu'elle ne sera pas candidate à sa réélection par l'Assemblée fédérale le . Le jour de l'élection du nouveau chancelier de la Confédération, la présidente du Conseil nationalChrista Markwalder rend hommage à Corina Casanova en relevant sa compétence, sa discrétion et son intégrité. Sous sa responsabilité, la Chancellerie fédérale a mis en place un service présidentiel, a introduit la primauté de la version électronique des publications officielles du droit fédéral et a professionnalisé la communication du Conseil fédéral, désormais présent sur les réseaux sociaux[15],[16]. Le quotidien Le Temps relève pour sa part que sa réserve politique et son effacement «auraient pu l’honorer si [...] lors des deux graves crises que la Suisse a traversées en 2008-2009 - l’affaire de l'UBS, prise au piège des subprimes, et les otages suisses en Libye - cela n’avait pas conduit à sous-estimer le besoin d’un instrument de direction stratégique», allant jusqu'à s'interroger sur un «manque d’autorité et d’intérêt de la chancelière» en la matière[17].
