Elle s'est imposée deux fois en simple aux Internationaux des États-Unis, la seconde en 1945 à l'âge de trente-deux ans et mère de famille.
Elle est l'une des seules femmes, sinon la seule, qui a jamais participé à une épreuve masculine de haut niveau. Aux côtés de son conjoint Elwood Cooke, elle a en effet joué le double messieurs en 1945 dans un tournoi de Cincinnati, faute d'un nombre suffisant de concurrents au sortir de la Seconde Guerre mondiale (défaite contre Hal Surface et Bill Talbert en finale).
En Grand Chelem, Sarah Palfrey Cooke a en outre gagné onze titres en double dames (la plupart avec Alice Marble) et cinq autres en double mixte.
Si l’expression « Grand Chelem » désigne classiquement les quatre tournois les plus importants de l’histoire du tennis, elle n'est utilisée pour la première fois qu'en 1933, et n'acquiert la plénitude de son sens que peu à peu à partir des années 1950.