Margaret Hamilton csatlakozott az MIT-hez, hogy szoftverprojekteken dolgozzon (többek között Edward Lorenz, a káoszelmélet atyjának meteorológiai szoftverén és az ellenséges repülőgépeket kereső SAGE rendszer szoftverén), mielőtt az MIT/NASA szerződést kötött az Apollo Guidance Computer vezető programozójaként. Minden emberes Apollo-misszión, valamint számos pilóta nélküli küldetésen dolgozott. Az emberes küldetéseknél Hamilton vezette azt a csapatot, amely a parancsnoki és holdi modulok fedélzeti repülési szoftverét fejlesztette. Ő volt az MIT Műszertechnikai Laboratóriumának Szoftverfejlesztési Osztályának igazgatója.
A Hamilton által kifejlesztett kód volt az a szoftver, amelyet a két Apollo-űrhajó számítógépei használtak, és amely a mai szoftvermérnökök egész iparágának alapját képezte, akik karrierjüket Hamiltonnak és csapatának köszönhetik. A fedélzeti repülési szoftvert úgy építették fel, hogy aszinkron legyen. A szoftverben minden feladathoz egyedi prioritást rendeltek a csapat tagjai. Hamilton olyan szoftvert fejlesztett ki, amely valós időben észlelte a rendszerhibákat és helyreállította azokat. Ez magában foglalta az ember a hurokban prioritás-kijelző-interfész-rutinjait, amelyek lehetővé tették a szoftver számára, hogy aszinkron módon, valós időben kommunikáljon az űrhajósokkal – a szoftver és az űrhajósok párhuzamosan futnak – egy elosztott rendszer-rendszerek környezetében. Ennek hátterében az elsőbbségi kijelzők vészhelyzet esetén úgy figyelmeztették az űrhajósokat, hogy megszakították az űrhajósok normál küldetéskijelzőit, és azokat elsőbbségi riasztási kijelzőkkel helyettesítették, amelyekből választhattak a vészhelyzettel kapcsolatos lehetőségek közül. Ez történt az Apollo-11 esetében is, közvetlenül a Holdra szállás előtt, amikor a számítógép a randevúradar rossz állásban hagyott kapcsolója miatt túlterhelődött. Az elsőbbségi riasztás kijelzői emlékeztették az űrhajósokat, hogy tegyék vissza a radarkapcsolót a helyére. Amikor az elsőbbségi kijelzők választás elé állították őket: “leszállni” vagy “nem leszállni”, mivel ők (és a küldetésirányítás) hittek a fedélzeti repülési szoftver integritásában, a leszállást választották.”
Hamilton gyakran hozta magával a lányát, Laurent a munkaidőn kívüli időszakban. Egy alkalommal, miközben a csapat néhány tagja küldetés-forgatókönyveket futtatott a hibrid szimulációs számítógépen, Lauren felfedezőútra indult, és “névlegesen” kezdte el választani a DSKY billentyűket. Elindított egy küldetés-forgatókönyvet, és a küldetés sikertelenségét okozta azzal, hogy menet közben a P01 (indítás előtti) billentyűt választotta. Hamilton megkérdezte, hogy “mi lenne, ha egy valódi űrhajós véletlenül a P01-et választaná ki egy valódi küldetés során a pálya közepén?”. Ez komoly problémát jelentene, mert eltörölné a navigációs adatokat. Mivel nem engedték meg, hogy olyan kódot adjanak hozzá, amely megakadályozza, hogy az űrhajós elkövesse ezt a hibát, Hamilton egy programbejegyzést adott a szoftverhez: “ne válassza ki a P01-et repülés közben”. A következő küldetésen, az Apollo 8-on az űrhajós ugyanezt a hibát követte el; Hamilton és csapata segíteni tudott az űrhajósoknak, hogy újra feltöltsék a navigációs adatokat a megsemmisült adatok helyett. Most már engedélyt kapott egy olyan szoftver hozzáadására, amely megakadályozza, hogy ez a probléma a jövőbeni Apollo-küldetéseken is előforduljon.”
“Hamilton volt az, aki kitalálta, hogy nevezzük el a tudományágat szoftverfejlesztésnek, hogy ezzel is legitimitást adjunk neki”. Ő vezette az Apollo és a későbbi erőfeszítések empirikus vizsgálatát, amelynek eredménye az irányítás rendszerelmélete lett. Axiómáiból levezette az egyetemes rendszernyelvet az automatizálási és megelőző paradigmával együtt. Hamilton a Hamilton Technologies Inc. vezérigazgatója. Megkapta a NASA kivételes űrtevékenységéért járó díját (2003) és Barack Obama elnöktől az Elnöki Szabadságérmet (2016). Saját legót kapott a Women of NASA Lego készletben.