Poehler se unió al elenco de Saturday Night Live (SNL) al comienzo de la temporada 2001-2002 después de que Tina Fey intentara reclutarla para SNL durante años. Poehler hizo su debut en el primer episodio producido después de los ataques del 11 de septiembre. Fue promovida de jugadora destacada a miembro del reparto completo en su primera temporada en el programa, convirtiéndola en la segunda miembro del reparto y la primera mujer en ganar esta distinción. Los personajes recurrentes de Poehler incluían a la hiperactiva Kaitlyn de 10 años, la concursante de reality show con una sola pierna Amber y la copresentadora del programa de entrevistas Bronx Beat Betty Caruso. Además de sus personajes originales, Poehler realizó una serie de impresiones que incluyen: Hillary Clinton, Dakota Fanning, Avril Lavigne, Michael Jackson, Kim Jong-Il, Nancy Grace, Kelly Ripa, Katie Couric, Sharon Stone, Sharon Osbourne, Julia Roberts, Britney Spears, Madonna, Paula Abdul, Dolly Parton, Dennis Kucinich, Ann Coulter, Pamela Anderson, Christian Siriano, Rosie Perez, Catherine Zeta-Jones, Martha Stewart, Anna Nicole Smith, Paula Zahn, Norah O’Donnell y Farrah Fawcett.