2001年、STS-108において4時間超の船外活動を含む11日間の宇宙滞在を行った。12月5日から17日にかけて行われたこのミッションで、スペースシャトルエンデバーが国際宇宙ステーションへ飛行した回数は12回となり、タニはミッションスペシャリスト2として活動した。STS-108の主なミッションはExpedition 4のクルーを宇宙ステーションに送り届けた後、Expedition 3のクルーを地球に帰還させることであった。同時に、3トンにのぼる物資を補給したほか、多目的補給モジュールラファエロを通して科学実験の装置を受け渡しも行われた。タニは、宇宙ステーションの太陽電池ジンバルの熱ブランケットを覆うため、宇宙遊泳を行った。STS-108の完了までにシャトルは地球を185回周回し、480万マイルであったその距離に要した時間は、4時間12分の船外活動を含め283時間36分であった。
1996年4月にNASAの宇宙飛行士候補に選ばれてから、タニは同じ年の8月にジョンソン宇宙センターでの訓練に入った。1998年、2年にわたる訓練と試験を終えたタニはミッションスペシャリストとしての宇宙飛行ミッションを任命された。また、宇宙飛行コンピュータ事業部や船外活動事業部で技術者として、Expedition 2での乗組員サポート飛行士として活動した。
マサチューセッツ工科大学で学士号を取得した後、カリフォルニア州のエルセグンドにあるヒューズ・エアクラフトの宇宙通信部門に設計技術者として勤務した。1986年、マサチューセッツ工科大学に戻り、1988年に人的要因と集団意思決定を専門とした機械工学修士号を取得した。卒業後、マサチューセッツ州ケンブリッジにあるBBNテクノロジーズの実験心理学部門で勤務した。同じく1988年、バージニア州ダレスにあるオービタル・サイエンシズ社で当初構造技術者として、最終的には「トランスファー・オービット・ステージ」 (TOS) と呼ばれるロケット開発プロジェクトのマネージャーとして勤務した。このときの主な任務は、ロケット飛行操作のリーダーとしてNASAのジョンソン宇宙センターと共に1993年のSTS-51ミッションにおけるACTS/TOSペイロード配置を支援することであった。この後、タニはオービタル・サイエンシズ社に戻ってペガサスロケットの打ち上げ操作担当者として勤務し、無人空中発射ロケットであるペガサスの打ち上げ手順の開発を率いたほか、打ち上げ制御室の技術者の訓練や指揮も担当した。2015年10月に来日し、東京都小金井市の総合学院テクノスカレッジにおいて講演を行った。
1979年、イリノイ州ロンバードのグレンバード・イースト高校を卒業し、1984年と1988年にそれぞれ機械工学学士号、機械工学修士号をマサチューセッツ工科大学で取得した。
第二高等学校を経て1904年（明治37年）9月、東京帝国大学文科大学に入学、上京。新村出や上田万年の講義に魅かれ、言語学科に進学。1年先輩に橋本進吉、小倉進平、伊波普猷がいた。小倉は朝鮮語、伊波は琉球語を研究していたが、アイヌ語は日本人研究者がおらず、イギリス人宣教師のジョン・バチェラーによってアイヌ語辞典が出版されていた。上田から「アイヌ語研究は日本の学者の使命だ」と言われ、東北出身の京助はアイヌ語を研究テーマに選ぶ。1906年（明治39年）初めて北海道に渡り、アイヌ語の採集を行う。旅費70円を出したのは伯父の勝定だった。この調査で京助は研究に自信をつける。1907年（明治40年）サハリンのオチョポッカで樺太アイヌ語の調査をする。アイヌの子供たちを通じて樺太アイヌ語を教わったエピソードはこのときのことであり、のちに随筆『心の小径』で有名になった。旅費は、勝定から100円、上田から100円の計200円もの大金を使ったが、40日の滞在で文法や4000の語彙の採集に成功、その帰り、京助は生活の心配という迷いを断ち切り、アイヌ語の道を進むことを決意する。調査報告を上田に提出した10月、すでに大学の卒業式は終わっていた。1908年（明治41年）4月、海城中学校に国語教師として赴任。その月末、下宿「赤心館」に石川啄木が転がり込んでくる。京助は啄木に金を貸した上、2人分の家賃30円を払っていたが、8月、持ち合わせがなく、下宿のおかみに支払いを待ってくれるよう頼んだが断られる。腹を立てた京助は荷車二台分の蔵書を売り払い、30円の金を作って家賃を払うと、9月初め啄木と別の下宿「蓋平館」に引っ越す。10月、言語学科出身の京助に教員資格がないことが判明、失職する。恩師の金沢庄三郎の紹介で三省堂に就職、また國學院大学の非常勤講師となる。啄木も翌年3月東京朝日新聞社の校正係に採用され、上京してきた妻子と引っ越していった。1909年（明治42年）、27歳の京助は20歳の林静江と結婚。紹介したのは啄木で、「文学士で大学講師で、くにではおじさんが盛岡の銀行頭取」と宣伝して縁談を進めた。京助は、結婚するなら、くにの女ではなく標準語の本郷あたりの娘をもらいたいと考えており、本郷出身の静江に心動かされた。12月28日に結婚式をあげ、箱根に新婚旅行、その後盛岡の勝定の家で披露宴を行ったが、東京育ちの静江は盛岡になじめず、田舎嫌いになった。その上、啄木がたびたび金を無心にくるため、静江はやりくりに頭を悩ませたが、京助は頓着しなかった。1912年（明治45年）、啄木が危篤状態となり、京助は処女出版作『新言語学』（6月刊行）の稿料の半分10円を持ってかけつけたが、4月13日啄木は死去。同年、9月26日、父の久米之助が死去。久米之助は事業の失敗で借金がかさみ、本家の養子の金田一国士に借金の肩代わりをしてもらうかわりに家屋敷をとられ、一家は本家の長屋暮らしとなっていた。東京の病院に入院した久米之助を見舞った京助は「おれはおまえに飯粒一つ食わせてもらったことはなかったぞ」と言われ、父の死後は金にならないアイヌ語の研究をやめようかと思ったが、父を犠牲にした研究を生半可にするかと逆に気持ちを奮い立たせたという。9月三省堂が倒産、京助はまたも失職する。