V roce 2010 se ucházela v prezidentských volbách za stranu Baťkivščyna o post prezidenta Ukrajiny. Skončila však na druhém místě, podle vyhlášení ústřední volební komise se vítězem prezidentských voleb stal předseda opoziční Strany regionů Viktor Janukovyč. Ten vyšel vítězně z obou volebních kol; v prvním kole 17. ledna 2010 získal 35 % hlasů, Tymošenková 25 %; ve druhém 7. února 48,95 % a Tymošenková 45,47 %. Tymošenková má tradičně silnou voličskou základnu převážně v západní části země.
Mezinárodní pozorovatelé označili volby za regulérní a čestné,



