Nel 1978 entra alla NASA, dopo aver risposto all'annuncio che l'agenzia statunitense aveva rivolto a potenziali candidati per il programma spaziale.

Il 18 giugno 1983 prese parte alla missione spaziale STS-7, a bordo dello shuttle Challenger. L'equipaggio, composto da 5 persone, fu il primo ad utilizzare il braccio robotico, che gli servì per mettere in orbita due satelliti per telecomunicazioni.
Gli astronauti, inoltre, condussero degli esperimenti farmaceutici sulla rsistenza dell'uomo nello spazio.
La missione durò 6 giorni, con il rientro avvenuto il 24 giugno.

Sally partecipò anche ad un altr missione spaziale, la STS-41-G, iniziata e portata a termine nell'ottobre 1984.

Al giorno d'oggi le donne sono sempre più presenti nel settore aerospaziale, ma allora fu un evento di grande impatto, soprattutto negli Stati Uniti.