Ride była jedną z pięciu członków załogi promu kosmicznego Challenger STS-7. 18 czerwca 1983 roku została pierwszą Amerykanką w kosmosie i najmłodszą Amerykanką w kosmosie. Misja trwała tydzień. Przed startem dr Ride kilkakrotnie udzielała wywiadów na temat jej przygotowań do lotu w kosmos. Wśród pytań dotyczących jej szkolenia zadawano jej również pytania o to, jak przestrzeń wpłynie na jej zdolność do rozmnażania się i jakiego rodzaju makijażu zamierza podjąć się misji. Poradziła sobie z pytaniami z wdziękiem, a później powiedziała: „Szkoda, że to taka wielka sprawa. Szkoda, że nasze społeczeństwo nie jest dalej”.
Podczas misji Ride była inżynierem pokładowym. Wystrzeliła dwa satelity komunikacyjne i obsługiwała mechaniczne ramię wahadłowca, a także przeprowadzała eksperymenty. Podczas wywiadu z 2008 roku Ride wspominał: „W dniu startu było tak wiele emocji i tak wiele dzieje się wokół nas w kwaterach załogi, nawet w drodze na platformę startową, tak naprawdę nie myślałem o tym tak dużo w tym czasie – ale zacząłem doceniać, jakim zaszczytem było zostać wybraną pierwszą, która dostała szansę lotu w kosmos. ”
5 października 1984 r. Ride wyruszyła na kolejną misję wahadłową – STS-41G. Spędziła osiem dni prowadząc naukowe obserwacje Ziemi. pracowała nad technikami tankowania wahadłowców. Po drugiej misji Ride pracowała nad zbadaniem wypadku Challengera w 1986 r. Po dochodzeniu objęła rolę specjalnej asystentki administratora NASA ds. długiego zasięgu i planowania strategicznego.
Ride pełnił funkcję dyrektora California Space Science Insti tute, instytut badawczy Uniwersytetu Kalifornijskiego. Pracowała również jako fizyk i profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Ride była członkinią Prezydenckiego Komitetu Doradców ds. Nauki i Technologii oraz zasiadała w Radzie Doradczej Narodowego Muzeum Historii Kobiet.
Zmarła 23 lipca 2012 roku po 17-miesięcznej walce z rakiem trzustki. Miała 61 lat. Przez całe życie Ride zachowywała prywatność. Wyszła za mąż za astronautę Stevea Hawleya w 1982 roku, ale rozwiedli się w 1987 roku. Po jej śmierci Tam OShaughnessy opowiedział o swoim 27-letnim związku. Poznali się jako dzieci podczas rywalizacji w tenisie, pozostali bliskimi przyjaciółmi, a przyjaźń przerodziła się w miłość. Ride i OShaughnessy otwarcie mówili o swoich relacjach jako partnerów i partnerów biznesowych, zwłaszcza pod koniec życia Ride. Ride jest nie tylko pierwszą Amerykanką w kosmosie, ale także pierwszą uznaną gejowską astronautą. W 2013 roku prezydent Obama uhonorował pośmiertnie Ride Prezydenckim Medalem Wolności, a O’Shaughnessy odebrał nagrodę.
Dr. Sally Ride była pasjonatem poprawy nauczania przedmiotów ścisłych i pomagania młodym kobietom i dziewczętom w rozwijaniu ich zainteresowania. Jednym z jej przedsięwzięć były „Imaginary Lines”, które wspierają dziewczyny zainteresowane matematyką, naukami ścisłymi i technologią. Napisała także siedem książek dla dzieci poświęconych eksploracji kosmosu. Razem z OShaughnessy założyli Sally Ride Science, organizację non-profit, która zachęca dzieci ze wszystkich środowisk do zainteresowania się naukami ścisłymi, technologią, inżynierią i matematyką (STEM). Nawet po jej śmierci dziedzictwo Sally Ride inspiruje ludzi do sięgania po gwiazdy .