1953–1956 – służył w Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych jako oficer ds. wyposażenia elektronicznego na pokładach niszczycieli USS „Cowell” i USS „Alien M. Sumner”. Odszedł z US Navy w stopniu podporucznika.
1960 – po obronie pracy otrzymał tamże tytuł naukowy doktora.
1961–1965 – pracował na stanowisku profesora na Wydziale Elektroniki Uniwersytetu Stanforda. Zajmował się zagadnieniami związanymi z fizyką jonosfery, wykładał elektronikę, teorię elektromagnetyzmu i fizykę.
Jako pilot wylatał ponad 3200 godzin, z czego 2900 na samolotach z napędem odrzutowym. Posiada licencję pilota lotnictwa cywilnego.
29 czerwca 1965 – zakwalifikował się do czwartej grupy astronautów (NASA 4(inne języki)). Był jednym z sześciu naukowców przyjętych wówczas do korpusu astronautów. W bazie lotniczej Williams rozpoczął szkolenie lotnicze na samolocie T-38. Po jego ukończeniu w 1966 mógł samodzielnie latać samolotami z napędem odrzutowym.
Lipiec 1969 – utrzymywał łączność radiową (CapCom) z astronautami statku Apollo 11 w ośrodku kierowania lotem w Houston.
Styczeń 1972 – został członkiem podstawowej załogi drugiej wyprawy na stację kosmicznąSkylab.
26 lipca – 25 września 1973 – uczestniczył w locie Skylab 3.
Sierpień 1978 – otrzymał nominację do załogi przewidzianej do misji STS-9.
28 listopada – 8 grudnia 1983 – uczestniczył w locie wahadłowcaColumbia w wyprawie oznaczonej jako STS-9.
Później przygotowywał się do lotu STS-61-K na wahadłowcu Atlantis. Podczas tej misji miały być kontynuowane eksperymenty rozpoczęte w czasie wyprawy STS-9. Program nosił nazwę Earth Observation Missions (EOM). Lot został odwołany po katastrofie promu Challenger w styczniu 1986.
1984–1986 – był pracownikiem naukowym NASA w Biurze ds. realizacji projektu orbitalnej stacji kosmicznej.
Czerwiec 1986 – odszedł z korpusu astronautów NASA.
Loty załogowe
Skylab 3
28 lipca 1973 wystartował w kierunku stacji kosmicznej Skylab w misji oznaczonej jako Skylab SL-3. Pełnił funkcję pilota-naukowca. Na pokładzie statku Apollo towarzyszyli mu dowódca – Charles Conrad i pilot – Jack Lousma. Po dokonaniu inspekcji stacji z zewnątrz astronauci przycumowali kapsułę Apollo do Skylaba. Druga załoga stacji kontynuowała dalsze naprawy stacji. 6 sierpnia 1973 Garriott i Lousma przez 6,5 godziny pracowali na zewnątrz stacji, instalując nowy ekran ochronny, dzięki temu udało się uzyskać w jej wnętrzu komfortową temperaturę 21 °C. Ponad 300 godzin poświęcono obserwacjom Słońca. Wykonano blisko 40 obserwacji zasobów naturalnych Ziemi. Prowadzono także badania naukowe z zakresu biologii (m.in. dotyczyły one wpływu nieważkości na organizm ludzki). Garriott jeszcze dwukrotnie pracował na zewnątrz Skylaba: 24 sierpnia przez 4,5 godziny i 22 września przez blisko 3 godziny. 25 września, po ponad 59 dniach lotu, trójka astronautów powróciła na Ziemię szczęśliwie wodując na Oceanie Spokojnym.
STS-9
28 listopada 1983 wahadłowiec Columbia wystartował z misją oznaczonej jako STS-9. Był to szósty lot tego promu. Tym razem na jego pokładzie znajdowało się aż sześć osób. Dowódcą wyprawy był John Young, pilotem – Brewster Shaw, specjalistami misji – Owen Garriott (MS-1) i Robert Parker (MS-2), a specjalistami ładunku – astronauta z NiemiecUlf Merbold (PS-1) i Byron Lichtenberg (PS-2). W ładowni promu znajdowało się zbudowane w Europie laboratorium Spacelab 1. Misja była zaplanowana na 9 dni. Żeby jak najlepiej wykorzystać czas pobytu astronautów na orbicie, załoga Columbii została podzielona na dwie grupy, pełniące 12-godzinne zmiany. W skład zespołu „czerwonego” wchodzili: Young, Parker i Merbold, natomiast w „niebieskim” znaleźli się: Shaw, Garriott i Lichtenberg. Podczas lotu astronauci przeprowadzili ponad 70 eksperymentów naukowych m.in. z takich dziedzin jak inżynieria materiałowa, fizyka kosmiczna, biologia i astronomia.
Podczas wyprawy wszystkie urządzenia Columbii sprawowały się poprawnie. Dlatego też kontrolerzy lotu zezwolili na przedłużenie misji o jeden dzień. W tym czasie astronauci kończyli rozpoczęte wcześniej eksperymenty. 8 grudnia przesunięto lądowanie o kolejne osiem godzin z powodu awarii dwóch komputerów pokładowych. Lądując na pasie nr 17 w kalifornijskiej bazie Edwards, wahadłowiec Columbia był pojazdem o największej masie (99 985 kg), jaki kiedykolwiek powrócił z orbity.
Po opuszczeniu NASA
Po odejściu z NASA doradzał różnym firmom działającym w przemyśle lotniczym i kosmicznym, działał w kilku komitetach badawczych NASA i Narodowej Rady Badawczej Stanów Zjednoczonych (United States National Research Council).
1988–1993 – pełnił funkcję wiceprezesa ds. programów kosmicznych firmy Teledyne Brown Engineering, której oddział liczący ponad 1000 osób zajmował się wspólnie z Marshall Space Flight Center wszystkimi laboratoriami programu Spacelab oraz odegrał istotną rolę w tworzeniu modułu laboratoryjnego dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
1995 – został adiunktem w Laboratorium Biologii Strukturalnej (Laboratory for Structural Biology) na stanowym Uniwersytecie Alabamy (University of Alabama) w Huntsville. Uczestniczył w badaniach nad drobnoustrojami, które znajdowały się w różnych środowiskach ekstremalnych takich jak jeziora alkaliczne czy otwory hydrotermalne.
Kilka razy uczestniczył w wyprawach rosyjskiegobatyskafu MIR, który na głębokości około 2300 m badał otwory hydrotermalne w rejonie archipelagu Azorów na Atlantyku. Ponadto uczestniczył w trzech wyprawach naukowych na Antarktydę, w czasie których znalazł 20 meteorytów.
Wchodził w skład rady dyrektorów firmy Space Adventures.
Był autorem lub współautorem 45 publikacji naukowych oraz książki Introduction to Ionospheric Physics (Wprowadzenie do fizyki jonosfery).