En 2012 desempeñó como jefa de unidad de Asuntos Nacionales del Tribunal Electoral federal.
Luego fue electa senadora por lista nacional por el PRI, pero solicitó y obtuvo licencia para encabezar la Procuraduría General de la República (2015-2016), entrando en sustitución de Jesús Murillo Karam, quien dejaba el cargo tras la desaparición de los 43 estudiantes de la Escuela Normal Rural "Raúl Isidro Burgos" de Ayotzinapa, en 2014.
Como titular de la PGR inició con las investigaciones en contra del entonces gobernador de Veracruz, Javier Duarte, y su círculo cercano de colaboradores y familiares, por presunto desvío de recursos públicos para la compra de bienes en el país y en el extranjero.
Arely Gómez, al frente de la PGR, también tuvo que hacer frente a la segunda fuga de Joaquín "Chapo" Guzmán Loera, del penal de máxima seguridad de El Altiplano, en el Estado de México, por medio de un túnel en julio de 2015.
En 2016, fue designada secretaria de la Función Pública, puesto en el que permaneció hasta finales del sexenio de Peña Nieto.
Su llegada a la SFP fue en medio de otro hecho que marcó el sexenio de Peña: la polémica de la "Casa Blanca".
Fue así que Arely Gómez asumió el cargo en reemplazo de Virgilio Andrade y se mantuvo en este hasta el final del gobierno de Peña Nieto.
Ya en su cargo como secretaria de la Función Pública, fue la encargada de iniciar las investigaciones y procedimientos relacionados con el caso de la constructora Odebrecht y los procedimientos contra Emilio Lozoya Austin, exdirector de Pemex.
En enero de 2019, Arely Gómez fue nombrada nueva contralor del Poder Judicial de la Federación, puesto que desempeñó hasta el 30 de septiembre de 2023.
El nombramiento fue realizado por el Consejo de la Judicatura Federal (CJF) e informado por medios nacionales y la propia Arely Gómez, quien en Twitter agradeció el apoyo del entonces ministro presidente de la Suprema Corte de Justicia de la Nación (SCJN), Arturo Zaldívar.
Ahora, tras el polémico cese de Agustín Caso Raphael como auditor especial de Desempeño de la ASF, Arely Gómez ocupará su lugar.