Franklin ble født i London, England, i 1920. Hun studerte naturvitenskap ved University of Cambridge og fullførte deretter en doktorgrad i fysisk kjemi ved University of Cambridge i 1945. Etter å ha fullført doktorgraden, jobbet hun som forskningsassistent ved British Coal Utilization Research Association, hvor hun studerte strukturen til kull.
I 1951 flyttet Franklin til King's College London for å jobbe i laboratoriet til Maurice Wilkins. Wilkins jobbet også med strukturen til DNA, og Franklins ekspertise innen røntgenkrystallografi var en verdifull ressurs for teamet. Sammen produserte de en rekke viktige røntgendiffraksjonsmønstre av DNA, som ga avgjørende informasjon om strukturen.
I 1953 publiserte Watson og Crick sin artikkel om dobbelthelixstrukturen til DNA, delvis basert på arbeidet til Franklin og Wilkins. Franklin ble ikke gitt æren for arbeidet sitt, og hun ble ikke invitert til å delta på kunngjøringen av funnet.
Franklin fortsatte sin forskning på strukturen til DNA og andre biologiske molekyler frem til hennes død av eggstokkreft i 1958. Hun var bare 37 år gammel.
Til tross for utfordringene hun møtte som kvinne i et mannsdominert felt, ga Franklin betydelige bidrag til feltet røntgenkrystallografi og forståelsen av de molekylære strukturene til DNA og andre biologiske molekyler. Arbeidet hennes banet vei for utvikling av nye medisiner og behandlinger for sykdommer, og hun regnes som en av de viktigste vitenskapsmennene i det tjuende århundre.