Elle commence sa carrière comme adjointe du procureur du comté de San Mateo de 1952 à 1953. En 1969, elle est nommée puis élue au Sénat de l'Arizona en tant que républicaine. Elle devient en 1973 la première femme à la tête d'une majorité sénatoriale aux États-Unis.
Le , elle est nommée Associate Justice (juge) à la Cour suprême en remplacement de Potter Stewart(en) par Ronald Reagan. Elle est la première femme à être nommée à ce poste ; elle est confirmée à l'unanimité par le Sénat le , et prend ses fonctions le 25 du même mois.
Au cours des années 1990 et 2000, elle occupe une place centrale à la Cour suprême, à l'intérieur de laquelle elle est située au centre idéologique. Par conséquent, son vote est déterminant dans un grand nombre de cas, en particulier ceux relatifs à la place de la religion dans la vie publique et ceux concernant l'avortement, ou l'arrêt stoppant le recomptage des voix en Floride lors de l'élection de 2000 (Bush v. Gore). Elle s'oppose à l'abrogation de la peine de mort pour les moins de 18 ans (Roper v. Simmons, ).
Le , O'Connor annonce sa démission au moment où les commentateurs s'attendaient à la démission du chef William Rehnquist[2]. Celle-ci a pour conséquence de relancer une bataille sur la nomination des juges entre les républicains et les démocrates, affrontement dont la bataille autour de la confirmation des juges conservateurs nommés par le président George W. Bush aux cours d'appel fédérales a été le prélude. Le , le président choisit John G. Roberts, Jr., juge à la cour d'appel fédérale du district de Columbia pour remplacer O'Connor.
À la suite du décès de Rehnquist le , Bush décide de renommer Roberts comme président de la Cour (pourvoyant ainsi le poste de Rehnquist). Le , il nomme sa conseillère Harriet Miers pour succéder à O'Connor. Cette nomination est mal accueillie dans les deux partis et doit être retirée. C'est finalement le juge Samuel Alito qui est nommé. La confirmation par le Sénat est acquise le . La dernière opinion rédigée par O'Connor est Ayotte v. Planned Parenthood of Northern New England, un arrêt unanime de portée limitée rendu le . Il porte sur le droit à l'avortement.
Elle est mariée à John Jay O'Connor, avec qui elle a eu trois garçons, de 1952 au décès de celui-ci en 2009 de la maladie d'Alzheimer. En , elle annonce se retirer de la vie publique après avoir été diagnostiquée des premiers signes d'une maladie similaire[3].
↑Selim SAHEB ETTABA, « Sandra Day O’Connor 1930-2023: La première femme nommée à la Cour suprême américaine meurt à 93 ans », La Presse, (lire en ligne, consulté le )