Ride var en av fem besättningsmedlemmar ombord på rymdfärjan Challenger STS-7. Den 18 juni 1983 blev hon den första amerikanska kvinnan i rymden och den yngsta amerikanen i rymden. Uppdraget tog en vecka att slutföra. Innan hennes lansering intervjuades Dr. Ride flera gånger om hennes förberedelser inför rymden. Bland frågorna om hennes träning fick hon också frågor om hur rymden skulle påverka hennes förmåga att reproducera och vilken typ av smink hon skulle ta på sig uppdraget. Hon hanterade frågorna med nåd och sa senare, ”Det är synd att det är en så stor sak. Det är synd att vårt samhälle inte är längre.”
Under uppdraget var Ride flygingenjör. Hon lanserade två kommunikationssatelliter och manövrerade skyttelns mekaniska arm samt utförde experiment. Under en intervju från 2008 erinrade Ride, ”På lanseringsdagen fanns det så mycket spänning och så mycket som händer runt omkring oss i besättningskvarter, till och med på vägen till startplattan, tänkte jag inte riktigt så mycket på den tiden – men jag insåg vilken ära det var att bli utvald att vara den första som fick chansen att gå ut i rymden. ”
Den 5 oktober 1984 åkte Ride på ytterligare ett uppdrag – STS-41G. Hon tillbringade åtta dagar på vetenskapliga observationer av jorden. Hon också arbetade med tankningstekniker för pendlar. Efter sitt andra uppdrag arbetade Ride med att undersöka Challenger-olyckan 1986. Efter utredningen tog hon rollen som specialassistent till NASA-administratören för lång räckvidd och strategisk planering.
Ride fungerade som direktör för California Space Science Insti tute, ett forskningsinstitut vid University of California. Hon arbetade också som fysiker och fysikprofessor vid University of California, San Diego. Ride var medlem av presidentens kommitté för rådgivare för vetenskap och teknik och tjänstgjorde i rådgivande nämnden för National Womens History Museum.
Hon avled den 23 juli 2012 efter en 17-månaders kamp mot bukspottkörtelcancer. Hon var 61. Under sitt liv höll Ride sitt personliga liv privat. Hon gifte sig med astronauten Steve Hawley 1982, men de skilde sig 1987. Efter hennes bortgång öppnade Tam OShaughnessy om deras 27-åriga förhållande. De träffades som barn medan de tävlade i tennistävlingar, förblev nära vänner och vänskapen blomstrade till kärlek. Ride och OShaughnessy var öppna för sin relation som partner och som affärspartner, särskilt mot slutet av Rides liv. Ride är inte bara den första amerikanska kvinnan i rymden, hon är också den första erkända homosexuella astronauten. 2013 hedrade president Obama postumt Ride med en presidentmedalj av frihet och OShaughnessy accepterade utmärkelsen.
Dr. Sally Ride var passionerad för att förbättra vetenskaplig utbildning och hjälpa unga kvinnor och flickor att främja ett intresse för vetenskap. En av hennes ansträngningar var Imaginary Lines, som stöder tjejer som är intresserade av matematik, naturvetenskap och teknik. Hon skrev också sju barnböcker med teman för rymdutforskning. Hon och OShaughnessy grundade Sally Ride Science, en ideell organisation som uppmuntrar barn från alla bakgrunder att intressera sig för vetenskap, teknik, teknik och matematik (STEM.) Även efter hennes död inspirerar Sally Rides arv människor att nå stjärnorna .