Kontynuowała pracę w Langley przez ponad trzy dekady, kontynuując pracę w NASA, która zastąpiła NACA w 1958 roku.
W trakcie swojej kariery w NACA/NASA, Joyner wniosła wkład w badania w dziedzinie aeronautyki, lotów naddźwiękowych i projektowania profili lotniczych. Jej praca miała implikacje dla wojskowych i komercyjnych zastosowań lotniczych, a ona sama miała wpływ na tworzenie standardów projektowania samolotów, które wciąż po latach były istotne. Odeszła z NASA w maju 1971 r.
Joyner działała w organizacjach i stowarzyszeniach inżynieryjnych. Była członkinią Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) oraz Honorary Life Member of the Engineers Club of the Virginia Peninsula.
O'Brien poślubiła Upshura T. Joynera, fizyka, który również pracował w NACA/NASA. Razem mieli dwoje dzieci: syna imieniem Upshur O'Brien Joyner, który zmarł na białaczkę w wieku 47 lat w 1990 roku, oraz córkę Kate Bailey. W 1971 roku Kitty i Upshur przeszli na emeryturę. Zamieszkali w Poquoson w Wirginii.