Az első nő, aki a Harvardon egyetemi professzori kinevezést kapott. 1919-től a Cambridge-i Egyetemen botanikát és fizikát hallgatott. Nők azonban (egészen 1948-ig) itt nem szerezhettek PhD fokozatot, azért az Egyesült Államokba ment. 1923-tól a Harvard ösztöndíjával csillagászatot tanult, két évvel később ő lett az az első nő, aki ebből a tárgyból doktori fokozatot szerzett. Disszertációját a XX. század legjobbjának tartják a témában. Leírta benne, hogy a csillagok fő alkotóeleme a hidrogén (és a hélium), ám kollégája, Henry Norris Russell rábeszélte, hogy a végső verzióból hagyja ki ezt az általánosan elfogadott nézetekkel szembemenő részt - majd néhány évvel később ő maga a saját nevén publikálta. Csak a közelmúltban rehabilitálták Payne-Gaposchkint mint valódi felfedezőt. Az egyetemen folytatta kutatásait, előadásokat is tartott, de egyetemi tanári kinevezését csak 1956-ban kapta meg. Amerikai és európai egyetemek díszdoktora, tudományos egyesületek tagja volt. Több kitüntetése mellett 1977-ben megkapta a Henry Norris Russell Prize elismerést...