Mezuniyetinden sonra özel bir şirkette İşletme Mühendisi olarak göreve başlayan Şahin, 18 yıl İşletme Mühendisi olarak çalışmıştır.
2001 yılında Ak Parti Gaziantep İl Kurucu üyesi olan Fatma Şahin, 2002 seçimlerinde Gaziantep milletvekili yapmıştır. 22. 23. ve 24. Dönem Gaziantep milletvekilliği görevinde bulunan Şahin, 2007 yılında Ak Parti Kadın Kolları Genel Başkanlığı görevine getirilmiştir. Sanayi, Ticaret ve Enerji Komisyonu ve AB Uyum Komisyonu, TBMM Töre-Namus cinayetleri ve Çocuklara Karşı Şiddeti Araştırma Komisyon’unda da çalışmıştır.
6 Temmuz 2011 yılında 61.Hükümette, Aile ve Sosyal Politikalar Bakanı seçilen Şahin, 26 Aralık 2013 yılında görevinden ayrılıp Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanlığına adaylığını koymuştur. Türkiye’nin İlk Kadın Büyükşehir Belediye Başkanlarından biri olarak göreve başlayan bakan Şahin, 30 Mart 2014 yerel seçimlerinde 54,7%’lik oy almıştır.
31 Mart 2019 AK Parti'den Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanı olarak göreve başladı.