Donald O. Hebb ble hennes lærer på introduksjonskurset i psykologi og gjordet Kimura interessert i faget. Hebb var den berømte nevrologen som identifiserte hjernestrukturer som han kalte cellesamlinger, nå kjent som Hebbs synapser. Etter at Kimura tok sin doktorgrad i 1961 i fysiologisk psykologi, studiet av hvordan hjernens biologi påvirker oppførsel og erfaring, var hun i to år i en postdoktoral stilling ved Montreal Neurological Institute før hun arbeidet ved University of California, Los Angeles Medical Center og Zürich Kantonsspital i Sveits. Hun ble professor i psykologi ved University of Western Ontario i 1967 og arbeidet der i 30 år. I 1998 flyttet hun til Vancouver til en stilling ved avdeling for psykologi ved Simon Fraser University.