Efter at have taget sin eksamen begyndte Johnson et ophold som speciallæge i intern medicin og kardiovaskulær medicin på Brigham and Women’s Hospital, hvor hun besluttede sig for at specialisere sig i kardiologi. I 1990 blev hun den første afroamerikaner nogensinde til at bestride stillingen som ledende overlæge på hospitalet.
Johnson arbejdede i hospitalets hjerte transplantationsenhed og fungerede som direktør for Quality Management Services. Som leder af afdelingen for kvinders sundhed fokuserede hun på kvinders adgang til kardiologisk behandling og kvaliteten af denne behandling. Johnson har også fokuseret en stor del af sit arbejde på at uddanne og styrke afroamerikanske kvinder, som har 50 procent større risiko for at dø af hjerte-kar-sygdomme end hvide kvinder.
Johnson har været en vigtig stemme for at argumentere for, at mænd og kvinder er forskellige på celleniveau. På grund af de cellulære forskelle manifesterer en række sygdomme sig forskelligt hos mænd og kvinder. Dette har vigtige konsekvenser for forskning, behandling og patientpleje. Johnson var hovedforfatter på “Sex-Specific Medical Research: Why Women’s Health Can’t Wait” (2014) fra Mary Horrigan Connors Center for Women’s Health & Gender Biology at Brigham and Women’s Hospital.
“… mænd og kvinder oplever sygdom forskelligt, og denne rapport ser nærmere på fire sygdomme, hvor dette er særligt sandt: hjerte-kar-sygdomme, lungekræft, depression og Alzheimers sygdom. De seneste to årtier har ikke blot vist, at der findes kønsforskelle, men har også frembragt videnskabelige fremskridt, der forbedrer vores evne til at finde ud af, hvorfor de opstår, og hvordan vi kan tilpasse forebyggelses-, opsporings- og behandlingsstrategier til gavn for både kvinder og mænd. At ignorere disse forskelle udfordrer derfor kvaliteten og integriteten af videnskab og medicin.”
Traditionelt har man i forskningsundersøgelser og kliniske forsøg med lægemidler og andre behandlinger testet mænd og ikke kvinder. Den manglende afprøvning på kvinder har sammen med kønsforskelle betydet, at kvinder er meget mere tilbøjelige til at blive negativt påvirket af bivirkninger og forskelle i responsen på doser, når lægemidler frigives på markedet. National Institutes of Health Revitalization Act fra 1993 krævede, at kvinder og minoriteter skulle være repræsenteret i al forskning, der finansieres af NIH. De deraf følgende tyve års forskning har understøttet ideen om, at der forekommer betydelige kønsforskelle i nogle sygdomme.
Johnson argumenterer endvidere for, at mænd og kvinder bør testes i separate forskningsforsøg. Hvis man kombinerer data fra mænd og kvinder, som om de var en enkelt population, kan det give resultater, som ikke gælder for noget af kønnene. For eksempel har forskning resulteret i anbefalinger om, at kvinder tager doser af sovepillen Ambien, der er halvdelen af den dosis, der anbefales til mænd. Som følge af Johnsons og andres arbejde udstedte National Institutes of Health (NIH) i 2014 nye regler, der kræver, at præklinisk forskning skal tage højde for spørgsmål om køns- og kønsintegration for at “sikre, at USA’s sundhed bliver tjent ved at støtte videnskab, der lever op til de højeste standarder for stringens.”