Nacida en San Sebastián en 1976, vivió toda su vida en Benidorm, donde inició su carrera política al amparo de sus padres. José María Pajín fue concejal del Ayuntamiento entre 1993 y 2003 y su madre, Maite Iraola, es edil desde 2003 y participó en la operación para descabalgar del poder al PP con el voto de un tránsfuga. Ahora que el escándalo está salpicando de lleno a su hija, ha anunciado que no volverá a presentarse.
Licenciada en Sociología, Pajín desarrolló su actividad política ya desde la Facultad. De las plataformas estudiantiles pasó en 1998 a las listas electorales y se convirtió en la diputada más joven de España tras las elecciones de 2000. Allí tuvo tiempo de compartir escaño con Zapatero, quien sería después su mentor.
Antes, fue miembro del Comité Federal de las Juventudes Socialistas de España y de la Secretaría de Política Institucional de las Juventudes Socialistas de Benidorm. En el 35 Congreso del partido (julio 2000), Pajín fue elegida secretaria de Relaciones con las ONGs y Movimientos Sociales y se convirtió, con 23 años, en el miembro más joven de la nueva dirección socialista.
Tras los comicios de 2008 fue confirmada como secretaria de Estado de Cooperación y renunció a su escaño en el Congreso. Durante el 35 Congreso del PSOE, el 5 de julio de 2008, fue elegida secretaria de Organización del PSOE a propuesta de Zapatero, lo que la convirtió en la más joven y primera mujer que accedía al cargo. Su antecesor, José Blanco, siguió conservando su poder e influencia en el partido.
Con su nombramiento como ministra de Sanidad, dejaría su cargo de número tres en el Gobierno para incorporarse, como se rumoreaba, al Ejecutivo de Zapatero.