jako pierwszoroczniak na University of Texas w 2003 roku, Sanya Richards zdobyła mistrzostwo NCAA w biegu na 400 metrów z czasem 50,58. Po drugim roku studiów w 2004 przeszła na zawodowstwo.

na Igrzyskach Olimpijskich w Atenach w 2004 roku Richards był w składzie reprezentacji USA, która zajęła pierwsze miejsce w sztafecie 4×400 metrów. Zdobyła srebrny medal w biegu na 400 metrów na Mistrzostwach Świata w Lekkoatletyce w 2005. W 2006 wraz z Jeremym Warinerem (400 m) i Asafą Powell (100 M) wygrała swoje szóste z sześciu imprez IAAF Golden League w tym samym sezonie, co dało jej łącznie 250 000 dolarów. Na koniec sezonu 2006 pobiła rekord Stanów Zjednoczonych wynikiem 48,83 z wynikiem 48,70 i została nazwana IAAF 2006 Female World Athlete of the Year. Jej 48,70 plasuje ją jako # 7 kobieta wykonawca wszech czasów. Jest to jedyny czas, w którym kobieta przebiegła poniżej 49 sekund bez innej zawodniczki startującej w ciągu sekundy w tym samym wyścigu.

Po tym, jak nie zakwalifikowała się do biegu na 400 metrów na Mistrzostwach Świata w Lekkoatletyce w Osace w 2007 roku z powodu choroby, która spowodowała, że zajęła czwarte miejsce w USA, Richards-Ross była faworytką do zdobycia złota na Igrzyskach Olimpijskich w Pekinie w 2008 roku i zakwalifikowała się najszybciej do finału, ale zbyt szybko wyszła z bloków i została wyprzedzona na prostej przez Christine Ohuruogu z Wielkiej Brytanii i Shericką Williams z Jamajki, co dało jej brązowy medal.

w sezonie 2009 Richards-Ross zdobył tytuł mistrza kraju na 400 m w 50.05 sekund, kończąc o ponad pół sekundy szybciej niż druga rozstawiona Debbie Dunn. Chociaż spodziewała się szybszych czasów, stwierdziła, że zwycięstwo na Mistrzostwach Świata w Berlinie w 2009 roku było jej najważniejszym celem. Zwycięstwo w czasie 49,46 s na gali Golden w Rzymie pobiło rekord Marity Koch w większości biegów poniżej 50 sekund, doprowadzając w karierze Richardsa do 36. Zbliżając się do Mistrzostw Świata, Richards wygrała swój czwarty wyścig Golden League w biegu na 400 m z czasem 49.34 sekundy i zdobyła swoje pierwsze mistrzostwo świata w biegu na 400 m na Mistrzostwach Świata w Lekkoatletyce 2009 w Berlinie z czasem 49,00 s. Richards-Ross zdobył także złoty medal w kobiecej sztafecie 4 × 400 m, uzyskując szósty najszybszy czas w historii 3.17, 83 minuty, Czas Richards-Ross w sztafecie wynosił nieoficjalnie 48,43 sekundy. Po zakończeniu kariery w Mistrzostwach Świata, Richards-Ross wygrała swoje ostatnie dwa wyścigi Golden League z czasem 48,94 sekundy (Zurych) i 48.83 sekund (Bruksela), aby podzielić się pulą nagród w wysokości 1 mln USD ze zwycięzcą mężczyzn na 3000 m/5000 m Kenenisą Bekele i zwycięzcą Skoku o tyczce kobiet Yeleną Isinbayevą, z których każda otrzymała 333 333 USD; był to trzeci raz, gdy Richards wygrał Jackpot Golden League. Sanya Richards-Ross zakończyła sezon na dużej skoczni, zdobywając srebro w biegu na 200 m w finale IAAF World Athletics za mistrzynią świata Allyson Felixem z czasem 22,29 s oraz złoto w biegu na 400 m z czasem 49,95 s.

Po kontuzji, która przedwcześnie zakończyła sezon 2010, Richards-Ross wróciła w 2011 roku, uzyskując wynik 49,66 tuż przed Mistrzostwami Świata w Daegu w Korei Południowej. W finale zajęła jednak siódme miejsce. Richards-Ross powrócił później do najwyższej formy w sztafecie 4 × 400 m, tym razem biegając w biegu na 49,1, ustanawiając zespół do zwycięstwa. Był to jej rekord piąty złoty medal Mistrzostw Świata.

na Igrzyskach Olimpijskich w Londynie 5 sierpnia 2012 roku Richards-Ross ukończyła bieg na 400 m kobiet z wynikiem 49,55, zdobywając złoty medal dla USA. Richards-Ross biegła również w sztafecie 4 × 400 m kobiet, która zdobyła złoty medal. Po igrzyskach Richards-Ross wygrał pozostałe spotkania Diamentowej Ligi na 400 m w Sztokholmie (49,89) i Zurychu (50,21). Zwycięstwo w Sztokholmie poprawiło jej w karierze łączną liczbę wyścigów w kategorii poniżej 50 sekund, osiągając bezkonkurencyjną 46.

Richards-Ross, po operacji stopy, rozpoczęła sezon lekkoatletyczny w maju 2014 roku na Jamajce. W sezonie uzyskała najlepszy wynik 49,66 i wygrała Wyścigi Diamentowej Ligi w Paryżu i Brukseli. Richards-Ross doznał kończącej karierę kontuzji prawego ścięgna ścięgna podczas prób olimpijskich 1 lipca 2016 roku. Wkrótce potem ogłosiła, że odejdzie na emeryturę zamiast startować na Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2016. Była komentatorką zawodów lekkoatletycznych na Igrzyskach Olimpijskich.