Après avoir travaillé au New England Hospital pendant 15 ans, Mahoney a été acceptée dans leur école d’infirmières en 1878, à l’âge de 33 ans. Le programme de 16 mois était très rigoureux et consistait en des journées de 16 heures. Lorsque les étudiantes ne travaillaient pas dans les services de l’hôpital ou ne faisaient pas de travaux privés au domicile des patients, elles devaient suivre des cours et des conférences pendant toute la journée. Seuls quatre des 42 étudiants qui ont commencé le programme ont eu l’endurance et la volonté de le terminer. Lorsqu’elle a reçu son diplôme en 1879, elle est devenue la première infirmière professionnelle noire américaine et a rejoint les rangs des infirmières célèbres de l’histoire.

Mahoney s’est consacrée aux soins infirmiers privés pendant la majeure partie de sa carrière de 30 ans en raison des préjugés raciaux encore présents dans les soins infirmiers publics. Beaucoup de ses patients étaient issus de familles prestigieuses et étaient impressionnés par ses compétences et son professionnalisme. À la fin de sa carrière, elle était directrice d’un orphelinat noir à New York. Elle se consacra à son travail et ne se maria jamais.

En 1896, Mahoney rejoignit la toute nouvelle et principalement blanche Nurses Associated Alumnae of the United States and Canada, connue plus tard sous le nom d’American Nurses Association (ANA). En raison de leur lenteur à accepter des membres noirs, elle a contribué à la création de la National Association of Colored Graduate Nurses (NACGN) et a pris la parole lors de leur première convention en 1909. À cette occasion, elle aborde les inégalités dont sont victimes les Afro-Américains dans l’enseignement des soins infirmiers et demande une démonstration à l’hôpital de Nouvelle-Angleterre. La convention l’a soutenue de tout cœur, l’a élue aumônier et lui a offert une adhésion à vie. Pendant de nombreuses années, elle s’est efforcée de recruter des infirmières issues de minorités pour qu’elles rejoignent l’organisation. En grande partie grâce à ses efforts, le nombre d’infirmières afro-américaines a doublé entre 1910 et 1930.