Als Kapitän der obervoltaischen Luftwaffe wurde er zum Fallschirmjäger ausgebildet. Nicht zuletzt wegen seines ordentlichen Talents als Gitarrist und seiner Vorliebe für Motorräder war Sankara in der Hauptstadt Ouagadougou, damals Obervolta, eine bekannte Persönlichkeit.

Sankara wurde 1981 zum Informationsminister ernannt und 1983 Premierminister des Landes. Im gleichen Jahr wurde er nach einem Besuch von Jean-Christophe Mitterrand inhaftiert, was starke öffentliche Proteste nach sich zog. In einem von seinem politischen Weggefährten Blaise Compaore organisierten Staatsstreich wurde er am 4. August im Alter von 33 Jahren fünfter Präsident von Obervolta.

Sankara sah sich selbst als Revolutionär und war vom Modell Kuba und dem Staatschef von Ghana Jerry Rawlings inspiriert. In seiner Regierungszeit setzte er ein viel beachtetes Projekt der planwirtschaftlichen und sozialistischen Entwicklung des armen Landes um. Unter seiner Regierungsmannschaft befanden sich viele Frauen. Die Politik war ausgerichtet auf den Kampf gegen Hunger und Korruption, die Verbesserung der Bildungs- und Gesundheitsversorgung sowie auf Wiederaufforstung.

Im Jahr 1984 , dem ersten Jahrestag seiner Machtübernahme, benannte er das Land in Burkina Faso um (= Land der Aufrichtigen). Er gab dem Land zudem eine neue Nationalflagge und schrieb eine neue Nationalhymne. Die Verbesserung des Status der Frauen war erklärtes Ziel von Sankaras Politik. Beispiellos in Westafrika verbot er die Beschneidung von Frauen,verurteilte Polygamie und propagierteVerhütung.

Die burkinische Regierung gestand als erste Regierung Afrikas öffentlich ein, dass Aids eine große Bedrohung für den Kontinent darstelle. Am 15. Oktober 1987 wurde Sankara von seinem politischen Weggefährten Blaise Compaore in einem erneuten Putsch des Militärs ermordet. Eine Woche vor seiner Ermordung sagte Sankara in einer Rede zum Gedenken an Che Guevara in Ouagadougou "Revolutionäre und Individuen kann man ermorden, aber Ideen lassen sich nicht töten".