Als Neuling an der University of Texas im Jahr 2003 gewann Sanya Richards die NCAA National Championship in den 400 Metern mit einer Zeit von 50,58. Nach ihrem zweiten Jahr 2004 wurde sie Profi.Bei den Olympischen Spielen 2004 in Athen war Richards Teil des US-Teams, das in der 4 × 400-Meter-Staffel den ersten Platz belegte. Sie hat eine Silbermedaille über 400 Meter bei den Leichtathletik-Weltmeisterschaften 2005 gewonnen. 2006 gewann sie zusammen mit Jeremy Wariner (400 m) und Asafa Powell (100 m) ihr sechstes von sechs IAAF Golden League-Events in derselben Saison, was ihr insgesamt 250.000 US-Dollar einbrachte. Sie brach Valerie Brisco-Hooks’US-Rekord von 48,83 mit einem 48,70 am Ende der Saison 2006 und wurde IAAF 2006 weiblichen Weltsportler des Jahres. Ihr 48.70 stuft sie als die #7 Frau Performer aller Zeiten. Es ist das einzige Mal, dass eine Frau unter 49 Sekunden gelaufen ist, ohne dass ein anderer Konkurrent innerhalb einer Sekunde von ihnen im selben Rennen gelaufen ist.

Nachdem sie sich bei den Leichtathletik-Weltmeisterschaften 2007 in Osaka krankheitsbedingt nicht für die 400-Meter-Strecke qualifizieren konnte, war Richards-Ross die Favoritin für Gold bei den Olympischen Spielen 2008 in Peking und qualifizierte sich als Schnellste für das Finale, ging aber zu schnell aus den Blöcken und wurde auf der Zielgeraden von Christine Ohuruogu aus Großbritannien und Shericka Williams aus Jamaika überholt, was ihr die Bronzemedaille einbrachte.

In der Saison 2009 gewann Richards-Ross den nationalen Titel über 400 m in 50.05 sekunden, über eine halbe Sekunde schneller als die zweitplatzierte Debbie Dunn. Obwohl sie schnellere Zeiten erwartete, erklärte sie, dass der Gewinn der Weltmeisterschaft 2009 in Berlin ihr Ziel Nummer eins sei. Ein Sieg in 49,46 Sekunden bei der Goldenen Gala in Rom brach Marita Kochs Rekord für die meisten Läufe unter 50 Sekunden und brachte Richards Karriere auf 36. Im Vorfeld der Weltmeisterschaft gewann Richards ihr viertes Golden League-Rennen über 400 m mit der Zeit von 49.34 Sekunden und gewann ihre erste Weltmeisterschaft über 400 m bei den IAAF Leichtathletik-Weltmeisterschaften 2009 in Berlin mit einer Weltführerzeit von 49,00 Sekunden. Richards-Ross verankerte auch das Team USA zu einer Goldmedaille in der 4 × 400-m-Staffel der Frauen in der sechstschnellsten Zeit der Geschichte von 3.17.83 Minuten, Richards-Ross-Zwischenzeit in der Staffel betrug inoffiziell 48.43 Sekunden. Nach einer Karriere, die Weltmeisterschaften prägte, gewann Richards-Ross ihre letzten beiden Golden League-Rennen mit einer neuen Weltführerzeit von 48,94 Sekunden (Zürich) und 48 Sekunden.83 Sekunden (Brüssel), um sich am $ 1M-Dollar-Jackpot mit der 3000-m / 5000-m-Siegerin der Männer, Kenenisa Bekele, und der Stabhochsprung-Siegerin der Frauen, Yelena Isinbayeva, zu beteiligen, die jeweils US $ 333,333 erhielten; Dies war das dritte Mal, dass Richards den Golden League-Jackpot gewonnen hatte. Sanya Richards-Ross beendete ihre massive Saison auf einem Höhepunkt, indem sie beim IAAF-Leichtathletik-Weltfinale hinter Weltmeister Allyson Felix mit einer Zeit von 22,29 Sekunden Silber über 200 m gewann und mit einer Zeit von 49,95 Sekunden Gold über 400 m gewann; Sie erreichte ihren 41. 400-Meter-Lauf unter 50 Sekunden.Nach einer Verletzung, die ihre Saison 2010 vorzeitig beendete, kehrte Richards-Ross 2011 zurück und lief kurz vor den Weltmeisterschaften in Daegu, Südkorea, eine 49.66. Sie landete jedoch im Finale auf dem siebten Platz. Richards-Ross kehrte später in der 4 × 400-m-Staffel zur Höchstform zurück und lief diesmal in 49.1 die Vorlaufstrecke, um das Team auf den Sieg vorzubereiten. Es war ihre fünfte Goldmedaille bei den Weltmeisterschaften.Bei den Olympischen Spielen 2012 in London am 5. August 2012 beendete Richards-Ross die 400m der Frauen in 49,55 und gewann die Goldmedaille für die USA. Richards-Ross lief auch die Ankeretappe der Goldmedaillengewinnerin der 4 × 400-m-Staffel der US-Frauen. Nach den Olympischen Spielen gewann Richards-Ross die verbleibenden Diamond League-Meetings über 400 m in Stockholm (49,89) und Zürich (50,21). Der Sieg in Stockholm verbesserte ihre Karriere insgesamt unter 50 Sekunden Rennen zu einem unangefochtenen 46.Richards-Ross, die sich von einer Fußoperation erholte, startete ihre Streckensaison im Mai 2014 in Jamaika. Sie konnte eine Saisonbestzeit von 49,66 fahren und Diamond-League-Rennen in Paris und Brüssel gewinnen. Richards-Ross erlitt bei den Olympischen Spielen am 1. Juli 2016 eine Verletzung am rechten Oberschenkel. Kurz darauf gab sie bekannt, dass sie sich zurückziehen würde, anstatt an den Olympischen Sommerspielen 2016 teilzunehmen. Sie war Kommentatorin für die Leichtathletikveranstaltungen bei den Olympischen Spielen.