Setelah lulus, dia menjalani housemanship di General Hospital Kuala Lumpur sebelum bergabung dengan layanan kesehatan pemerintah.
Langkah tersebut membuat Siti Hasmah menjadi salah satu dokter perempuan Melayu pertama di Malaya pada masa itu.
Setelah menikah dengan Mahathir Mohamad pada 1956, Siti Hasmah pindah ke Alor Setar, Kedah. Dia kemudian bekerja sebagai medical officer di Alor Setar General Hospital.
Namun, kariernya tidak berhenti pada pelayanan klinis. Siti Hasmah juga aktif mengikuti berbagai kampanye kesehatan yang diselenggarakan Kementerian Kesehatan Malaysia, termasuk program yang menyasar masyarakat pedesaan.
Universiti Malaya mencatat bahwa sejak pertengahan 1960-an, perhatian Siti Hasmah semakin banyak diarahkan pada kesehatan masyarakat dan kedokteran preventif.