Jemison postule pour la première fois au programme de formation des astronautes de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) en octobre 1985, mais la NASA reporte la sélection des nouveaux candidats après l'accident de la navette spatiale "Challenger" en 1986. Jemison présente une nouvelle candidature en 1987 et est sélectionnée parmi environ pour être l'un des quinze nouveaux astronautes de la NASA. Ce groupe d'astronautes 12 est donc le premier groupe sélectionné après la destruction de "Challenger". L'organe de presse Associated Press (AP) communique sur le profil de Jemison en tant que en 1987.