Năm 1936, Ngô Kiện Hùng sang Mỹ làm nghiên cứu sinh tại Đại học California tại Berkeley dưới sự hướng dẫn của nhà vật lý thực nghiệm từng đoạt giải Nobel Ernest Lawrence[1], bà bảo vệ thành công luận án tiến sĩ năm 1940. Hai năm sau bà lập gia đình cùng một nhà Vật lý gốc Hoa khác là Viên Gia Lưu (5/4/1912-11/2/2003, 袁家騮, cháu nội của Viên Thế Khải), hai người có một con trai là Viên Vĩ Thừa (Vincent Yuan-袁偉承), người sau này cũng trở thành nhà vật lý.

Sau khi hoàn thành luận án tiến sĩ, bà Ngô làm việc tại Smith College, Đại học Princeton từ năm 1942 đến năm 1944 và sau đó là Đại học Columbia ở New York từ năm 1944 đến khi bà nghỉ hưu năm 1980. Năm 1957, trong một bài báo đăng trên Physical Review có tựa đề Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay (Kết quả thực nghiệm về sự bảo toàn tính chẵn-lẻ trong phân rã beta)[2], bà Ngô đã đưa ra kết quả thực nghiệm mang tính quyết định trong việc chứng minh lý thuyết về vi phạm tính chẵn-lẻ do Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh đưa ra trước đó. Kết quả này đã giúp Lý và Dương được trao giải Nobel Vật lý 1957, một quyết định khiến Ủy ban trao giải Nobel gặp phải nhiều chỉ trích vì người đưa ra thí nghiệm đột phá giúp kiểm chứng lý thuyết, bà Ngô, lại không có tên trong danh sách nhận giải.

Sau thí nghiệm năm 1956, bà Ngô Kiện Hùng tiếp tục có các công trình về phân rã beta, tác phẩm Beta Decay in năm 1965 của bà Ngô cho đến nay vẫn là quyển sách tham khảo cơ bản của ngành vật lý hạt nhân về loại phân rã này. Trong giai đoạn sau của sự nghiệp, bà Ngô chuyển sang nghiên cứu liên quan tới y học. Năm 1975 bà được Hội Vật lý Hoa Kỳ bầu làm chủ tịch hội, đây là người phụ nữ đầu tiên có được vinh dự này.[1]. Bà cũng là nhà khoa học nữ đầu tiên được nhận bằng tiến sĩ danh dự của Đại học Princeton và được trao một số giải thưởng và học vị khoa học danh giá khác như chức viện sĩ Viện hàn lâm Khoa học quốc gia Hoa Kỳ (1958), Giải thưởng Nhà nước về Khoa học, Hoa Kỳ (1975), Giải Vật lý Comstock (1964) và Giải Wolf Vật lý đầu tiên (1978).

Bà Ngô Kiện Hùng qua đời ngày 16 tháng 2 năm 1997 tại thành phố New York, Hoa Kỳ.