Auñón-Chancellor została zatrudniona przez NASA jako chirurg lotniczy i spędziła ponad 9 miesięcy w Rosji, wspierając operacje medyczne astronautów z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Zajmowała stanowisko zastępcy chirurga załogi na STS-127 i Ekspedycji 22. Służy także jako zastępca dowódcy Wydziału Operacji Medycznych programu Orion.
Auñón-Chancellor została wybrana jako kandydatka na astronautkę w czerwcu 2009 roku. Programy szkoleniowe kandydatury ukończyła w 2011 roku. W czerwcu 2012 roku prowadziła podwodny pojazd DeepWorker 2000 w ramach misji badawczej NASA/NOAA NEEMO 16 przy wybrzeżu Key Largo na Florydzie[5][6].
W lipcu 2015 roku Auñón-Chancellor brała udział w misji NEEMO 20[7] jako oceanonautka.
Auñón-Chancellor wyszła za mąż za lekarza Jeffa Chancellora i ma z tego małżeństwa przybraną córkę Serafinę Chancellor. Mieszkają w League City, w stanie Teksas. Ojcem Sereny Auñón jest dr Jorge Auñón, kubański wygnaniec, który przybył do Stanów Zjednoczonych w 1960 roku. Jej matką jest Margaret Auñón.