Nachdem sie 15 Jahre lang im New England Hospital gearbeitet hatte, wurde Mahoney 1878 im Alter von 33 Jahren in die Krankenpflegeschule aufgenommen. Das 16-monatige Programm war sehr rigoros und bestand aus 16-Stunden-Tagen. Wenn die Studenten nicht auf den Stationen des Krankenhauses arbeiteten oder privaten Dienst in den Häusern der Patienten verrichteten, wurde von ihnen erwartet, dass sie ganztägige Kurse und Vorlesungen besuchten. Nur vier der ursprünglich 42 Studenten, die das Programm begannen, hatten das Durchhaltevermögen und die Willenskraft, den Kurs zu beenden. Als sie 1879 ihr Diplom erhielt, war sie die erste schwarze amerikanische Berufskrankenschwester und reihte sich in die Riege der berühmten Krankenschwestern der Geschichte ein.

Mahoney widmete sich den größten Teil ihrer 30-jährigen Karriere der privaten Krankenpflege, da in der öffentlichen Krankenpflege immer noch rassistische Vorurteile herrschten. Viele ihrer Patienten stammten aus angesehenen Familien und waren von ihrem Können und ihrer Professionalität beeindruckt. Am Ende ihrer Karriere war sie Direktorin eines schwarzen Waisenhauses in New York. Sie widmete sich ganz ihrer Arbeit und heiratete nie.

Im Jahr 1896 trat Mahoney der neu gegründeten und überwiegend weißen Nurses Associated Alumnae of the United States and Canada bei, die später als American Nurses Association (ANA) bekannt wurde. Wegen der zögerlichen Aufnahme schwarzer Mitglieder half sie bei der Gründung der National Association of Colored Graduate Nurses (NACGN) und sprach auf deren erstem Kongress im Jahr 1909. Damals sprach sie die Ungleichheiten für Afroamerikaner in der Krankenpflegeausbildung an und bat um eine Demonstration im New England Hospital. Der Kongress unterstützte sie von ganzem Herzen, wählte sie zur Seelsorgerin und verlieh ihr eine lebenslange Mitgliedschaft. Viele Jahre lang arbeitete sie daran, Krankenschwestern, die einer Minderheit angehörten, für eine Mitgliedschaft in der Organisation zu gewinnen. Vor allem wegen ihrer Bemühungen verdoppelte sich die Zahl der afroamerikanischen Krankenschwestern von 1910 bis 1930.