A Ride az egyik legénységi tag egyike volt a Challenger STS-7 űrsikló fedélzetén. 1983. június 18-án ő lett az első amerikai nő az űrben, és a legfiatalabb amerikai az űrben. A küldetés befejezése egy hétig tartott. Indítása előtt Dr. Ride-ot többször interjúzták az űrbe való felkészülésről. Képzéseivel kapcsolatos kérdések között azt is feltették neki, hogy az űr hogyan befolyásolja a szaporodási képességét, és milyen sminket fog viselni a küldetésben. Kegyesen kezelte a kérdéseket, és később azt mondta: “Kár, hogy ez olyan nagy ügy. Túl rossz, hogy társadalmunk nincs tovább.”
A misszió során Ride volt a repülőmérnök. Két kommunikációs műholdat indított el, működtette a transzfer mechanikus karját, valamint kísérleteket végzett. Egy 2008-as interjú során Ride felidézte: “Az indulás napján sok izgalom és annyi minden történt körülöttünk a legénység szállásain, még az indítóállomás felé vezető úton is, akkoriban nem gondoltam rá annyira – de megéreztem, hogy milyen megtiszteltetés volt, hogy kiválasztottak az első, aki esélyt kapott arra, hogy az űrbe menjen. “
1984. október 5-én Ride egy újabb transzfer küldetésre ment – az STS-41G-re. Nyolc napot töltött a Föld tudományos megfigyeléseivel. a transzferek utántöltési technikáin dolgozott. Második küldetése után Ride az 1986-os Challenger-baleset kivizsgálásán dolgozott. A vizsgálat után a NASA adminisztrátorának különleges asszisztenseként vállalta a feladatot hosszú távú és stratégiai tervezés céljából.
Ride a kaliforniai Űrtudományi Insti igazgatója volt tute, a Kaliforniai Egyetem kutatóintézete. Fizikusként és fizika professzorként dolgozott a Kaliforniai Egyetemen, San Diegóban. Ride az Elnök Tudományos és Technológiai Tanácsadó Bizottságának tagja volt, és a Nemzeti Női Történeti Múzeum tanácsadó testületének tagja volt.
2012. július 23-án hunyt el, 17 hónapos hasnyálmirigyrák elleni csata után. Életében Ride magánéletét tartotta magán. 1982-ben feleségül vette Steve Hawley űrhajós társát, de 1987-ben elváltak. Elhalálozása után Tam OShaughnessy nyitott 27 éves kapcsolatukra. Gyerekként ismerkedtek meg, miközben teniszversenyeken versenyeztek, közeli barátok maradtak, és a barátság szerelemmé virágzott. Ride és OShaughnessy nyitottak voltak partnereiként és üzleti partnereiként fennálló kapcsolatuk iránt, különösen Ride életének vége felé. Ride nemcsak az első amerikai nő az űrben, hanem az első elismert meleg űrhajós is. 2013-ban Obama elnök posztumusz megtisztelte a Ride-et egy elnöki szabadságéremmel, OShaughnessy pedig elfogadta a díjat.
Dr. Sally Ride szenvedélyesen törekedett a természettudományos oktatás fejlesztésére, és segítette a fiatal nőket és lányokat a tudomány iránti érdeklődés felkeltésében. Egyik törekvése az Imaginary Lines volt, amely a matematika, a természettudomány és a technika iránt érdeklődő lányokat támogatja. Hét gyermekkönyvet is írt űrkutatási témákkal. Ő és OShaughnessy megalapították a Sally Ride Science nevű nonprofit szervezetet, amely minden háttérrel rendelkező gyermekeket arra ösztönöz, hogy érdeklődjenek a tudomány, a technológia, a mérnöki tudomány és a matematika iránt (STEM.). Sally Ride öröksége halála után is ösztönzi az embereket, hogy a csillagok felé nyúljanak .