Rosa Mota começou a correr quando ainda frequentava o liceu. Começou com o Futebol Clube da Foz em 1974 onde esteve até 1977. Em 1978 vai para o Futebol Clube do Porto onde fica até 1980, onde teve um problema de saúde relativo à asma.
A partir de 1981 começou a competir pelo Clube de Atletismo do Porto conhecido por CAP, onde esteve até ao final da sua carreira atlética.
Em 1980 conheceu José Pedrosa, que viria a ser o seu treinador durante toda a sua carreira. A primeira maratona feminina que existiu, decorreu em Atenas na Grécia durante o Campeonato Europeu de Atletismo em 1982, foi também a primeira maratona em que Rosa Mota participou; embora não fizesse parte do lote das favoritas, Rosa bateu facilmente Ingrid Kristiansen e ganhou assim a sua primeira maratona.
O sucesso passou a ser uma das imagens de marca de Rosa Mota que invariavelmente, termina bem classificada em todas as maratonas de prestígio. Na primeira maratona olímpica que decorreu em Los Angeles em 1984, ganhou a medalha de bronze. O seu recorde pessoal da distância foi conseguido em 1985 na maratona de Chicago com o tempo de 2 horas, 23 minutos e 29 segundos.
Em 1986 foi campeã da Europa e em 1987 campeã mundial em Roma; em 1988 ganhou o ouro olímpico em Seul, quando a 2 quilómetros da meta atacou Lisa Martin, ganhando com treze segundos de avanço.
Em 1990 voltou a Boston para ganhar esta corrida pela terceira vez, vencendo desta vez Uta Pippig. Depois disso, Rosa foi a Split, defender o seu título de Campeã Europeia da Maratona. Atacando desde o início, Rosa Mota chegou a ter um avanço de um minuto e meio sobre Valentina Yegorova que, no entanto, aos 35 quilómetros conseguiu apanhá-la; as duas lutaram arduamente pela vitória que, no final, sorriu Rosa Mota com apenas cinco segundos de vantagem. Até 2005, a conquista da maratona por três vezes em campeonatos europeus de atletismo, tanto feminino como masculino, é exclusivo de Rosa Mota.
Apesar de todo este sucesso, Rosa Mota sofria de ciática, o que não a impediu de continuar a colecionar triunfos, como fez em 1991, na Maratona de Londres; ainda nesse ano, disputando o Campeonato Mundial de Atletismo em Tóquio, Rosa viu-se obrigada a abandonar a corrida e finalmente retirou-se das competições quando não conseguiu terminar a Maratona de Londres no ano seguinte.
Em 2004, a maratonista Rosa Mota promoveu a maior corrida feminina em Portugal, com um pelotão de cerca de dez mil mulheres ajudando a arrecadar fundos para combater o cancro da mama. "Isso é mais que uma corrida, isso é uma caminhada para ajudar a combater o cancro da mama" disse a maratonista.
Rosa Mota disputou 21 maratonas entre 1982 e 1992, numa média de duas maratonas por ano. Ganhou 14 dessas 21 corridas.
Considerada uma Embaixatriz do Desporto, ganhou o Prémio Abebe Bikila pela sua contribuição no desenvolvimento do treino das corridas de longa-distância. Este prémio foi-lhe atribuído no final da Corrida Internacional da Amizade, patrocinada pelas Nações Unidas e entregue antes da maratona de Nova Iorque.
A nossa Rosinha, como é carinhosamente apelidada por muitos portugueses, é uma das personalidades mais populares do desporto em Portugal no século XX, juntamente com Eusébio, Carlos Lopes e Luís Figo.
Em 2004, Rosa Mota transportou a chama olímpica pelas ruas de Atenas antes das Olimpíadas de 2004.
No Brasil, Rosa Mota também tem grande popularidade já que é a maior vencedora feminina de todos os tempos da mais famosa corrida de rua do país, a Corrida de São Silvestre, disputada nas ruas de São Paulo anualmente no último dia de cada ano. Rosa venceu a prova por seis vezes e de forma consecutiva, iniciando tal feito em 1981.
