A finales de los años 1970, Sally, respondió a un aviso de prensa solicitando voluntarios para el programa de la NASA, dando inicio a su carrera espacial. En el espacio, Ride fue antecedida por dos mujeres soviéticas, Valentina Tereshkova en 1963 y Svetlana Savitskaja 1982, siendo la tercera mujer en el espacio.
Ride fue una de 8900 personas que respondieron a un anuncio en un periódico que solicitaba candidatos para el programa espacial. Durante su carrera, Sally fue comunicadora de cabina (CapCom) para el segundo y tercer vuelos del programa del transbordador espacial STS-2 y STS-3, y ayudó a desarrollar el brazo robot Canadarm.
El 18 de junio de 1983 se convirtió en la primera mujer del continente americano en viajar al espacio como tripulante en el transbordador espacial Challenger como parte de la misión STS-7.
En 1987, Ride deja la NASA para dedicarse al Centro Internacional para la Seguridad y Control de Armamentos en la Universidad de Stanford. En 1989, se convirtió en profesora de física en la Universidad de California, San Diego y directora del Instituto Espacial de California. En 2003, se le pidió servir en la investigación del accidente del transbordador espacial Columbia. Fue excedente de la universidad para ejercer el puesto de director ejecutivo de Ciencia Sally Ride, una empresa que fundó en 2001, que crea programas de entretenimiento sobre ciencias y publicaciones para escuelas y liceos, prestando especial atención a las niñas. Ride fue autora y coautora de varios libros sobre el espacio, dirigidos a los niños con el objetivo de alentar a los niños a que estudien ciencias.
El 6 de diciembre de 2006, el gobernador de California Arnold Schwarzenegger y la primera dama Maria Shriver introdujeron a Ride al Salón de la Fama de California ubicado en el Museo de Historia, la Mujer y las Artes.
Murió el 23 de julio de 2012 a los 61 años tras padecer un cáncer de páncreas.
