מכיוון שנמנתה עם בני הנוער היהודי של תקופת ההשכלה ברוסיה, הכירה את הספרות הרוסית המהפכנית ובנעוריה יצרה קשר עם תנועת הבונד, במסגרתה עזרה בהפצת השפה הרוסית בקרב בחורי ישיבות, אך זיקתה לאידאולוגיה הציונית הרחיקה אותה מתנועה זו. בכתביה סיפרה כי הושפעה רבות מהגותם של אחד העם, יהודה לייב פינסקר, משה לייב ליליינבלום ואחרים. בנוסף, זיקתה לציונות התחזקה בעקבות גל הפוגרומים ברוסיה בשנות השמונים של המאה ה-19.
פעילות ציונית ופמיניסטית ברוסיה.
בתחילת שנות התשעים החלה להתקרב אל חובבי ציון בדינאבורג, אך לא מצאה שפה משותפת עם עסקני התנועה בעיר. בשנת 1892 ביחד עם חברתה, החלה לצרף נשים לתנועה הלאומית והקימה את אגודת "בנות ציון". האגודה עסקה בלימוד קורות ותרבות ישראל, סקירת המתרחש בתפוצות העם, מסירת ידיעות על הנעשה בארץ ישראל והפצת השפה העברית.
בגיל עשרים הפסיקה את לימודיה עקב מחלתה הקשה של אחותה הצעירה, בה טיפלה קרוב לשלוש שנים עד להחלמתה. אחות זו נשלחה לארץ ישראל להמשך תהליך ההבראה באביב 1897. אז החליטה גם היא להגשים את אחת ממשאלות ליבה להיות ל"חי הנושא את עצמו", כשכיוונה לחשיבות עצמאותה הכלכלית של האישה. לדעתה, עצמאות כלכלית היא אמצעי חיוני לנשים לשפר את מצבן במשפחה ולהתקדם לעשייה ציבורית. היא עברה לביאליסטוק והתפרנסה ממתן שיעורים פרטיים. תודעתה הפמיניסטית התגבשה עוד בימי נעוריה, אז הייתה ערה למצבן של נשים סביבה ועל בסיס ספרים שקראה. עמדתה לא צמחה מתוך מצוקה אישית, אלא דווקא מפני שבאה מבית מבוסס, שלא הפלה בין חינוך הבנות לבין חינוך הבנים.
בביאליסטוק קשרה קשר עם חובבי ציון והייתה פעילה באסיפות התנועה, בהן שמעה לראשונה על הקונגרס הציוני מפי שליח מטעם ד"ר תיאודור הרצל. היא התרשמה רבות מיחסו לשאלת האישה בכך שקבע שוויון מלא לבת ישראל בהסתדרות הציונית העולמית וזכות בחירה לקונגרס הציוני לאיש ולאישה בתנאים שווים.
לימודים באקדמיה.
ב-1899 הוסמכה להוראה וכעבור שנה החליטה להגשים את חלומה וללמוד באקדמיה. בתקופה זו האוניברסיטאות היו סגורות בפני נשים בכלל ונשים יהודיות בפרט, מלבד שני בתי ספר גבוהים לנשים בלבד. בתי ספר אלו הוקמו בעיר בפטרבורג ובתקופה זו היה אסור באיסור חמור ליהודים להתגורר בה, פרט ליהודים בעלי השכלה אקדמית וסוחרים מרמה גבוהה. על אף מכשול זה, מצאה דרך שתקנה לה זכות ישיבה בעיר כתלמידה, בבית ספר לחובשות. עד להסדרת אישורי השהייה בעיר, התגוררה באופן לא חוקי אצל מכרה, בידיעה ש"ציידי עבריינים" עלולים לתפוס אותה בחיפושי לילה שנערכו בעיר. על אף שהייתה לקראת סיום לימודי החובשות ועמדה לקבל אישור להתיישב בעיר, החליטה עקב גילויי אנטישמיות, לעזוב אותה. היא הרגישה שבסביבה בה היא מופלית לרעה ונפגעת, לא תוכל לעבוד וללמוד. צמאונה ללמידה ומשיכתה לרכישת השכלה גרמו לה לעבור למרכז תרבותי יהודי גדול, העיר וורשה, במטרה למצוא עבודה. בוורשה עבדה כמורה מחליפה בבית ספר היהודי של י. רביץ.
ב-1901 נישאה ליוסף עזריהו ששם משפחתו עוברת מאוזרקובסקי. ויחדיו נסעו לשווייץ לאוניברסיטת ברן ללמוד את מקצוע ההוראה והחינוך. בדצמבר אותה שנה, כחברה במועדון הסטודנטים הציוניים, נבחרה לשמש צירה בקונגרס הציוני החמישי בבזל, בו שימש גם יוסף עזריהו ציר. הייתה נציגה של סיעת הפרקציה הדמוקרטית בהסתדרות הציונית, שדגלה ברעיון לפיו התנועה הציונית תפעל בהיקף רחב, תאמץ יסודות עממיים ודמוקרטיים ותפעל בתחומי החינוך והתרבות. לקחה חלק בדיונים בקונגרס בנושאים שנגעו לקבלת תקנון חדש להסתדרות הציונית וייסוד הקרן הקיימת לישראל.
לאחר הקונגרס חזרו ללימודיהם בברן. הם הקדישו את זמנם הפנוי לביקורים בבתי חינוך ולהיכרות קרובה עם מהלך הלימודים, ניהול המוסדות ועבודת ההוראה בפועל. הם הצטיידו בחומר רב של תוכניות לימודים בשאיפה להקים יום אחד מוסדות חינוך עבריים בארץ ישראל. ב-1902, עם סיום שנת הלימודים השנייה ועקב משבר כלכלי, חזרו לרוסיה וישבו בעיר גולטה, ליד אודסה, בה עבדו בבית ספר יהודי לבנות על שם תרזה מרגולית. היא עבדה בו שנתיים כמורה ושנה כמנהלת. בית ספר זה הוקם כדי לתת מענה לילדות יהודיות מהערים גולטה, בוגופול ואולוויאפול, והרוח החינוכית בו הלמה את ערכי התרבות העברית במטרה להכשיר את הנערות לעצמאות כלכלית. לא מעט מהן פגשה אחר כך בארץ ישראל, ובכתביה תיארה תקופה זו כאחת המאושרות בחייה.
עלייה לארץ ישראל.
ביקרה לראשונה בארץ ישראל בסתיו 1897 במטרה להחזיר את אחותה החולה הביתה לרוסיה. במהלך שהותה ביפו ביקרה במושבות רחובות וראשון לציון, ובבתי הספר אליאנס ומקווה ישראל. עם חזרתן לרוסיה באביב 1898 נפטרה אחותה האהובה. על מסעה לארץ כתבה:
מורה ומחנכת.
ב-1905 קיבלו בני הזוג עזריהו הצעה לעבוד כמורים בארץ ישראל - הוא ברחובות והיא בבית ספר לבנות ביפו. הם החליטו לקבל את ההצעה, אך מכיוון שלא רצתה לעזוב את בית הספר שניהלה באמצע השנה, יוסף עלה לישראל כשנה לפניה, בעוד היא נשארה עם בנם יעקב, שהיה אז בן ארבע.
בתום שנת הלימודים היא החלה להתכונן לעליה לארץ אך נתקלה בחוק משפיל לדבריה, לפיו אישה נשואה אינה רשאית לצאת מארצה בלי הסכמתו הרשמית של בעלה. יוסף, שכבר עלה לארץ ישראל, נתקל בסירובו של הקונסול הרוסי לחתום על מסמכי האישור. למחרת ההכרזה על מהפכת 1905 פרצו בדרום רוסיה ובעיר גולטה בה גרה, פרעות קשות ביהודים. לאחר מספר ימים עם שוך הזוועות ולמרות הסכנה הגדולה, יצאה עם בנה לחרסון ומשם לאודסה על מנת לזרז את קבלת האישורים לעלייה. לאחר מספר שבועות הפליגו על סיפון אנייה רוסית מאודסה לארץ ישראל.
ב-1906 הגיעו ארצה, והצטרפו ליוסף ברחובות שם עבד כמורה המושבה. בקיץ אותה השנה עברו לגור ביפו ולימדו בבית הספר לבנות. היא עבדה תחילה כמורה מחליפה וב-1907 עבדה כמורה ללימודים כלליים – גאוגרפיה, חשבון ויסודות המתמטיקה, מקצועות שנחשבו לגבריים בתקופה זו, והייתה האישה הראשונה שלימדה אותם. השכר שקיבלה היה שווה לשכר של גברים שעבדו באותו מקצוע. בעבודתה זו ובמעשיה בכלל הדגימה והפגינה את עצמאותה הכלכלית של אישה, שאינה תלויה מבחינה כלכלית בבן הזוג שלה, ונעה ממקום עבודה אחד לאחר גם בלעדיו.
הקמת אחוזת בית.
בשנת 1908 הצטרפו לגרעין מתיישבים ומתיישבות להקמת שכונה יהודית בעלת צביון כפרי, היא אחוזת בית, שלימים תהיה השכונה הראשונה בעיר העברית תל אביב. יחד השתתפו בהגרלת המגרשים לאחוזת בית ונמנו עם 66 מייסדי תל אביב. ב-1909, למרות הקושי הכלכלי שהיה כרוך בכך, הקימו בית ברחוב אחד העם 14 מול הגימנסיה העברית "הרצליה". בית זה היה ברשותם עד 1943, אז נאלצו למכור אותו עקב חובות. על הימים הראשונים בתל אביב כתבה:
בשנת 1914, בזמן מלחמת העולם הראשונה, הוצע ליוסף לנהל את בית הספר הריאלי בחיפה, שמנהלו הקבוע, ד"ר ארתור בירם, גויס לצבא. לה הוצעה עבודה כמורה בבית הספר הריאלי, אך בבית הספר לבנות ביפו לא נמצא מי שיחליפו אותה במקצועות אותם לימדה, לכן נשארה ביפו כשנה. בקיץ 1915 עברה עם ילדיהם לחיפה והחלה ללמד גם היא בבית הספר הריאלי.
המאבק למען זכויות נשים.
הקמת אגודת נשים לזכות בחירה שווה.
לאחר הצהרת בלפור, יחד עם קבוצת נשים, בכללן מ. כהן, רחל לונץ, א. נתנזון, היא הקימה ארגון נשים קטן בשם "אגודת נשים" שמטרתו הייתה זכות בחירה שווה לאיש ולאישה בבחירות לוועד הקהילה בחיפה ומתן עזרה לנשים במצוקה בנושאי משפחה ונישואין, בעיות משפטיות ובעיות אישיות. היא עסקה בגיוס נשים לאספת עם בה דנו בשאלת זכות הבחירה לנשים. בהשפעת "אגודת נשים" השתתפו נשות חיפה באסיפות ובפעם הראשונה בחייהן עלו נשים על בימה פומבית ודרשו את זכותן לקחת חלק בחיים הציבוריים.
לדרישה זו קמו מתנגדים רבים, ביניהם כאלה שטענו כי "לא יאה ולא נאה לייצור ענוג זה ששמו אישה, לעסוק בענייני ציבור". על כך ענתה באספה:
ב-1919 עברה משפחת עזריהו לירושלים, לאחר שהוזמנו שרה ויוסף עזריהו על ידי מחלקת החינוך של ההסתדרות הציונית לעבוד בעיר. היא ניהלה בזה אחר זה שני בתי ספר לבנות בעיר והוא נבחר לפקח על בתי הספר העבריים בארץ.
בהתאחדות נשים עבריות לשיווי זכויות.
עם הגעתה לירושלים הצטרפה לאגודת הנשים בעיר אשר פעלה לקידום מעמדה של האישה בכל תחומי החיים. בתקופה זו פעלו החרדים להדרת נשים ממרחבי החיים האזרחים והמדיניים ונאבקו לביטול החלטת ה"מועצה הארץ ישראלית" לאפשר לנשים לבחור ולהיבחר לאספת הנבחרים. היא, שהאמינה כי "עם שתובע לעצמו שוויון במשפחת העמים, ראוי שיעניק שוויון לכל בניו ובנותיו", פעלה בתגובה לכך יחד עם נשים נוספות, למען איחוד אגודות הנשים השונות והקימו אגודת נשים ארצית, התאחדות נשים עבריות לשיווי זכויות בארץ ישראל. סיסמתן הייתה: "חוקה אחת ומשפט אחד לאיש ולאישה". היא הייתה הדמות המזוהה ביותר עם ארגון זה, ואת סיפור מאבקה של ההתאחדות לזכות בחירה לנשים תיעדה בספר שכתבה, שפורסם בשנת 1949.הספר, "התאחדות נשים עבריות לשווי זכויות בא"י: פרקים לתולדות תנועת האשה בארץ", יצא לאור ב-1977 במהדורה מחודשת, על ידי מרשה פרידמן ו"הקרן לעזרת האשה בחיפה". ב-1980 יצאה מהדורה אנגלית של הספר, בתרגומה של פרידמן.
מלבד המאבק על זכות הבחירה פעלה ההתאחדות למען קידום נשים יהודיות והעלאת המודעות לשוויון זכויות בתחומים שונים במטרה לקדם את מעמד האישה, ביניהם זכויותיה משפטיות, מעמד האישה במשפחה, רכישת השכלה, לימוד השפה העברית, חתירה לעצמאות כלכלית וסיוע בנושאי ביגמיה ועגינות. בנוסף, שיתפה ההתאחדות פעולה עם גופים פמיניסטים בינלאומיים והצטרפה ב-1920 לברית הבינלאומית של הסתדרויות נשים לשוויון זכויות.