Ochoa syntyi 1958 Los Angeles, mutta varttui San Diego alueella. Hänen meksikolainen perintönsä tuli hänelle hänen isänsä kautta, mutta hänen vanhempansa olivat eronneet jo teini-iässä. Ochoa on äiti yritti nostaa viiden lapsen yksinhuoltajana, mutta löytyi aika ottaa college kursseja, hänen vapaa-aika—asetus tärkeä esimerkki, Ochoa, hänen kolme veljeä ja sisko., Kaikki olivat menestyjiin ja palkinto-voittajat La Mesa julkisissa kouluissa, ja Ochoa oli priimus hänen 1975 valmistuvan luokan Grossmont Korkea. Tarjotaan neljän vuoden stipendin Stanfordin Yliopistossa, Palo Altossa, lähellä San Francisco, Ochoa päätti opiskella at San Diego State University, jotta hän voisi olla lähellä hänen kaksi nuorempaa veljeä, vielä lukiossa samaan aikaan.

Varhain, Ochoa harkita uran journalismia. Hän kävi kirjoittamis -, liike-ja tietojenkäsittelytieteen kursseja ennen kuin asettui pääaineekseen fysiikasta., Valmistuessaan vuonna 1980 hän oli jälleen luokkansa priimus. Sieltä Ochoa tuli Stanfordin Yliopistossa, jossa hän ansaitsi sekä maisterin tutkinto sähkötekniikan ja tohtorin 1985. Kun Stanfordin, Ochoa tapasi jatko-opiskelijoille, jotka olivat kiinnostuneita NASAN astronautti koulutusohjelma, ja tajusi, että hän voisi saada sitä. Ehdokkaiden ohjelma oli alkanut hyväksyä naisia vasta vuonna 1978, ja ensimmäinen Latinoastronautti Rodolfo Neri lensi ensimmäisen avaruussukkulalentonsa vuonna 1985. Ochoa haki ohjelmaan samana vuonna.,

tohtoriksi valmistuttuaan Ochoa aloitti uransa tutkimusinsinöörinä Sandia National Laboratoriesissa Kalifornian Livermoressa. Hän löysi markkinarakoaan kuvantamistekniikan haarasta ja työskenteli muiden kanssa optisten tarkastusjärjestelmien ja muiden uusien teknologioiden parissa. Aikanaan hän jakoi kolme patenttia tutkimustyölleen. Samaan aikaan Ochoa nojasi siihen, että hänestä oli tullut yksi Nasan koulutusohjelman sadasta finalistista., Seuraavana vuonna, vuonna 1988, hän oli palkannut National Aeronautics and Space Administration (NASA) chief of Intelligent Systems Technology Branch sen Ames Research Center. Täällä Ochoa työskennellyt laskennalliset järjestelmät ilmailu tehtäviä.

Ochoa sai erittäin himoitun paikan astronauttikoulutusohjelmassa tammikuussa 1990. Seuraavan vuoden aikana, hän koki useita fyysisiä ja henkisiä haasteita., Harjoittelijoita oli tehtävä tiukka kursseja ja testaus avaruustieteet, tähtitiede, geologia, merentutkimus, ilmatieteen laitos, ensiapu, selviytymisen tekniikoita ja monimutkaisia järjestelmiä avaruussukkula suunnittelu. Heidän odotettiin tuntevan sukkulan jokaisen osan ja jokaisen osan toiminnan. Stanfordin teknillisen yliopiston Alumniraportin haastattelussa Ochoa sanoi, että hänen monipuolinen taustansa auttoi. ”Jos olet motivoitunut menestymään yhdellä alalla,olet yleensä motivoitunut menestymään toisissa. NASA etsii sitä.”