Sackhoff ha trabajado en películas como Halloween: Resurrección y en televisión, incluyendo la serie La educación de Max Bickford y apariciones como invitada en series estadounidenses como ER (llamada Urgencias en España) y Caso abierto. Interpreta el papel femenino principal en la película de acción/ciencia ficción The Last Sentinel, el thriller psicológico White Noise: The Light, y la película How I Married My High School Crush. En Battlestar Galáctica es Kara Thrace "Starbuck", una piloto de Viper de la flota colonial que en la serie original Battlestar Galactica, era un hombre, interpretado por Dirk Benedict La decisión del creador de la serie Ronald D. Moore de cambiar el sexo del personaje fue muy discutida por los seguidores de la serie original, pero la mayoría ya aceptaron a Sackhoff. A mediados de 2009 se le diagnosticó Cancer de tiroides. Este tipo de cáncer presenta un baja tasa de mortallidad. Tras serle extirpada la teroides, el cancér está en remisión. No necesitó tratamiento con radioterapia. Sackhoff interpretó a la primera mujer biónica diabólica Sarah Corvus en la serie La mujer biónica de 2007. También fue elegida para ser la voz de una mujer marine en el videojuego Halo 3. En noviembre de 2009 aparece como invitada en un capitulo de The Big Bang Theory, interpretándose a si misma en un sueño de Howard. Desde 2010 trabaja en la popular serie 24 junto a Kiefer Sutherland