Biografia Voss è nata in Indiana l'8 ottobre 1956. Nel 1975 ha conseguito un bachelor of science in ingegneria all'Università di Purdue presso West Lafayette, in Indiana. Nel 1977 ha conseguito un master in ingegneria elettronica al Massachusetts Institute of Technology e nel 1987 un dottorato in aeronautica/astronautica sempre al MIT.
È stata selezionata dalla NASA nel 1990 e, dopo l'addestramento, nel 1991 è stata qualificata come specialista di missione. Ha volato in ben 5 missioni del Programma Space Shuttle: STS-57 (1993), STS-63 (1995), STS-83 (1997), STS-94 (1997) e STS-99 (2000).
È stata la direttrice scientifica del telescopio spaziale Kepler, che è stato posto in orbita nel 2009.
È morta nel 2012 all'età di 55 anni a seguito di un tumore al seno.
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