Pierwsze sukcesy w karierze Sayuri Ōsuga osiągnęła w &lt;a href="Puchar%20%C5%9Awiata%20w%20%C5%82y%C5%BCwiarstwie%20szybkim%202002/2003"&gt;sezonie 2002/2003&lt;/a&gt;, kiedy zajęła trzecie miejsce w klasyfikacji końcowej Pucharu Świata na 500 m. Wyprzedziły ją wtedy tylko Niemka Monique Garbrecht-Enfeldt oraz Kanadyjka Catriona Le May Doan. Wielokrotnie stawała na podium zawodów PŚ, odnosząc przy tym sześć zwycięstw. Najlepsze wyniki osiągnęła w &lt;a href="Puchar%20%C5%9Awiata%20w%20%C5%82y%C5%BCwiarstwie%20szybkim%202004/2005"&gt;sezonie 2004/2005&lt;/a&gt;, kiedy zwyciężyła w klasyfikacji 100 m. W klasyfikacji tej była też trzecia za Niemką Jenny Wolf oraz Lee Sang-hwa z Korei Południowej w &lt;a href="Puchar%20%C5%9Awiata%20w%20%C5%82y%C5%BCwiarstwie%20szybkim%202005/2006"&gt;sezonie 2005/2006&lt;/a&gt;. W 2007 roku zdobyła brązowy medal w biegu na 500 m podczas dystansowych mistrzostw świata w Salt Lake City, gdzie wyprzedziły ją jedynie Wolf oraz Chinka Wang Beixing. Była też między innymi ósma na sprinterskich mistrzostwach świata w Hamar w 2002 roku. W tym samym roku wzięła udział w igrzyskach olimpijskich w Salt Lake City, zajmując dwunaste miejsce w biegu na 500 m i osiemnaste na dwukrotnie dłuższym dystansie. Na rozgrywanych cztery lata później igrzyskach w Turynie rywalizację w biegu na 500 m zakończyła na piątej pozycji.