Ochoa blev født 1958 i Los Angeles, men voksede op i San Diego-området. Hendes me .icanske arv kom til hende gennem sin far, men hendes forældre var skilt, da hun var i sine teenagere. Ochoa mor kæmpede for at hæve fem børn, som en enlig forælder, men fandt tid til at tage college kurser i hendes fritid—indstilling et vigtigt eksempel for Ochoa, hendes tre brødre og søster., Alle var achievers og prisvindere i La Mesa offentlige skoler, og Ochoa var valedictorian af hendes 1975 dimitteret klasse på Grossmont High. Tilbudt et fire – årigt stipendium til Stanford University i Palo Alto, nær San Francisco, valgte Ochoa at studere ved San Diego State University, så hun kunne være i nærheden af sine to yngre brødre, stadig i gymnasiet på det tidspunkt.

tidligt betragtede Ochoa en karriere inden for journalistik. Hun tog skrivning, forretning, og datalogi kurser før afregning på fysik som hendes store., Da hun blev uddannet i 1980, var hun igen valedictorian af sin klasse. Derfra kom Ochoa ind på Stanford University, hvor hun tjente både en kandidatgrad i elektroteknik og en doktorgrad i 1985. Mens han var på Stanford, mødte Ochoa kandidatstuderende, der var interesseret i NASAs astronautuddannelsesprogram, og indså, at hun også kunne kvalificere sig til det. Kandidaterne program havde kun begyndte at acceptere kvinder i 1978, og den første Latino astronaut, Rodolfo Neri, fløj sin første rumfærge flyvning i 1985. Ochoa ansøgte om programmet samme år.,efter at have afsluttet sin doktorgrad begyndte Ochoa sin karriere som forskningsingeniør ved Sandia National Laboratories i Livermore, Californien. Hun fandt sin niche i Billeddannelsesteknologiafdelingen og arbejdede sammen med andre på optiske inspektionssystemer og andre nye teknologier. Med tiden ville hun dele tre patenter for sit forskningsarbejde. I mellemtiden lænede Ochoa, at hun var blevet en af hundrede finalister til NASA-træningsprogrammet., Det følgende år, i 1988, blev hun ansat hos National Aeronautics and Space Administration (NASA) som chef for Intelligent Systems Technology-filialen på Ames Research Center. Her Ochoa arbejdet på beregningsmæssige systemer til rumfart missioner.

Ochoa vandt et meget eftertragtet sted i astronauttræningsprogrammet i januar 1990. I løbet af det næste år gennemgik hun en række fysiske og mentale udfordringer., Praktikanterne måtte gennemgå strenge kurser og test inden for rumvidenskab, astronomi, geologi, oceanografi, meteorologi, førstehjælp, overlevelsesteknikker og de komplekse systemer til rumfærgedesign. De forventedes at kende hver del af rumfærgen og hver del funktion. I et intervie.med hendes Stanford Department of Engineering Alumni-rapport sagde Ochoa, at hendes diversificerede baggrund hjalp. “Hvis du er motiveret til at udmærke dig i et område, er du normalt motiveret til at udmærke dig i andre. NASA leder efter det.”