Margaret Hamiltonová nastoupila na MIT, kde pracovala na softwarových projektech (včetně meteorologického softwaru pro Edwarda Lorenze, otce teorie chaosu, a softwaru systému SAGE, který vyhledával nepřátelská letadla), než získala zakázku MIT/NASA jako hlavní programátorka naváděcího počítače Apolla. Pracovala na všech pilotovaných misích Apolla i na mnoha bezpilotních misích. U pilotovaných misí Hamiltonová vedla tým, který vyvíjel palubní letový software pro velitelský a lunární modul. Byla ředitelkou oddělení softwarového inženýrství v přístrojové laboratoři MIT.
Kód, který Hamiltonová vyvinula, byl softwarem, který měly používat oba počítače kosmických lodí Apollo, a měl být základem dnešního odvětví softwarových inženýrů, kteří za svou kariéru vděčí Hamiltonové a jejímu týmu. Palubní letový software byl vytvořen tak, aby byl asynchronní. Každé úloze v softwaru byla členy týmu přiřazena jedinečná priorita. Hamiltonová vyvinula software pro detekci systémových chyb a jejich zotavení v reálném čase. To zahrnovalo její rutiny „člověk ve smyčce“ (man-in-the-loop priority-display-interface-routines), které dávaly softwaru schopnost komunikovat asynchronně v reálném čase s astronauty – software a astronauti běželi paralelně – v prostředí distribuovaného systému systémů. Na tomto pozadí varovaly prioritní displeje astronauty v případě nouze tím, že přerušily běžné displeje astronautů v misi a nahradily je prioritními výstražnými displeji, které jim poskytly možnosti související s nouzí, z nichž si mohli vybrat. Tak tomu bylo v případě Apolla 11 těsně před přistáním na Měsíci, kdy byl počítač v důsledku ponechání přepínače radaru pro setkání ve špatné poloze přetížen. Zobrazení prioritního alarmu astronautům připomnělo, aby přepínač radaru vrátili tam, kam patří. Když jim prioritní displeje dávaly na výběr: „přistát“ nebo „nepřistávat“, kvůli své víře (a víře řídicího střediska mise) v integritu palubního letového softwaru se rozhodli přistát.
Hamiltonová často brala svou dceru Lauren do práce mimo pracovní dobu. Jednou, když někteří členové týmu spouštěli scénáře mise na hybridním simulačním počítači, se Lauren vydala na průzkum a začala „mimojmenovitě“ vybírat klávesy DSKY. Spustila scénář mise a způsobila její selhání tím, že v polovině kurzu zvolila P01 (před startem). Hamilton se zeptal: „Co kdyby P01 neúmyslně vybral skutečný astronaut v polovině letu při skutečné misi?“. To by byl velký problém, protože by to vymazalo navigační data. Protože Hamilton nemohl přidat kód, který by astronautovi v této chybě zabránil, přidal do softwaru programovou poznámku „během letu nevybírejte P01“. Při další misi, Apollo 8, udělal astronaut stejnou chybu; Hamiltonová a její tým dokázali astronautům pomoci znovu nahrát navigační data, aby nahradili zničená data. Nyní získala souhlas s přidáním softwaru, který měl tomuto problému zabránit při dalších misích Apolla.
„Hamiltonová je osobou, která přišla s nápadem pojmenovat obor softwarové inženýrství, aby mu dodala legitimitu“. Vedla empirickou studii Apolla a pozdější snahy, které vyústily v její systémovou teorii řízení. Z jejích axiomů byl odvozen univerzální systémový jazyk spolu s jeho automatizačním a preventivním paradigmatem. Hamiltonová je generální ředitelkou společnosti Hamilton Technologies Inc. Obdržela cenu NASA Exceptional Space Act Award (2003) a Prezidentskou medaili svobody od prezidenta Baracka Obamy (2016). Obdržela vlastní stavebnici Lego v sadě Women of NASA Lego.
.