Biologiste moléculaire britannique, elle est diplômée d'un doctorat en physique-chimie. Elle intègre ensuite le King's College de Londres et se met à l'étude des matériaux biologiques en utilisant la diffraction des rayons X.
Elle meurt à seulement 57 ans d'un cancer des ovaires, probablement dû à la surexposition aux radiations.
Elle réalise plusieurs radiographies de l'ADN aux rayons X. Elle n'obtient pas le prix Nobel de la médecine pour cette découverte à propos de l’ADN en raison de son décès précoce, mais elle est récompensée du prix Louisa-Gross-Horwitz à titre posthume (prix d'honneur).
Son travail est à l'origine de multiples découvertes, dont la structure en double hélice de James Dewey Watson et Francis Crick, qui eux reçoivent le prix Nobel.