В 1987 году Бауэрсокса выбрали в качестве кандидата в астронавты. В 1992 году состоялась его первая космическая миссия в рамках STS-50, где он был пилотом. Далее последовали STS-61 (пилот), STS-73 (командир), STS-82 (командир), STS-113 (экипаж МКС-6 вместе с Николаем Будариным и Доналдом Петтиом). На Международной космической станции он служил командиром и пробыл на борту с 25 ноября 2002 года по 3 мая 2003 года. На Землю Бауэрсокс вернулся на борту Союз ТМА-1.
30 сентября 2006 года он уволился из НАСА. 16 июня 2009 года его назначили вице-президентом по безопасности астронавтов и обеспечению полётов в компании SpaceX. 8 июня 2010 года его имя было внесено Зал славы астронавтов, всего через четыре дня после успешного запуска ракеты Falcon 9 производства SpaceX.
Награды
- Медаль «За заслуги в освоении космоса» (12 апреля 2011 года) — за большой вклад в развитие международного сотрудничества в области пилотируемой космонавтики
