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Rosalind Franklin est née le 25 juillet 1920 à Notting Hill, à Londres.
Fille d'Arthur Ellis Franklin et de Muriel Frances Waley; elle est la deuxième enfant d'une fratrie de cinq enfants.

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Elle fait ses études secondaires à la St Paul's girls' School puis au Newnham College. Durant la Seconde Guerre mondiale, elle poursuit des recherches sur le charbon auprès de la British Coal Utilisation Research Association (BCURA) à partir de 1942 avant d'obtenir son doctorat de physique-chimie à l'Université de Cambridge en 1945. Elle a alors 25 ans.

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En 1950, alors qu'elle a 30 ans, John Randall lui propose de créer un laboratoire de diffraction des rayons X pour étudier la structure de l'ADN au King's College de Londres. Elle prend ses fonctions en janvier 1951 et travaille avec le physicien Maurice Wilkins.
Les clichés d'ADN obtenus par diffraction des rayons X de Rosalind Franklin et de son élève Raymond Gosling, notamment le cliché 51, ont été déterminants dans la découverte de la structure à double hélice de l'ADN par James Dewey Watson et Francis Crick en 1953, publiée dans Nature.

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Cliché 51 pris par Rosalind Franklin et son élève Raymond Gosling, en mai 195, par diffraction des rayons X.

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Du fait des mésententes avec ses collègues du King's College (Wilkins, Watson et Crick), elle quitte cette institution en mars 1953, pour rejoindre le Birkbeck College. Elle y utilise la technique de la cristallographie sur les virus et permet la découverte de la structure du virus de la mosaïque du tabac avec Aaron Klug. Elle entame de nombreuses collaborations avec des laboratoires aux États-Unis qui permettront d'entreprendre des travaux sur le virus de la poliomyélite.

Elle meurt prématurément en 1958 d'un cancer de l'ovaire, probablement lié à l’exposition aux radiations lors de ses recherches, sans savoir que les résultats qui vaudront à Watson et Crick le prix Nobel s'appuient sur ses travaux, dérobés à son insu.

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En 1962, Franklin étant morte et alors que le prix Nobel peut encore être décerné à titre posthume, Watson, Crick et Wilkins obtiennent le prix Nobel de médecine pour cette découverte. Si Wilkins remercie Rosalind Franklin, ni Watson ni Crick ne la citent ni ne reconnaissent son rôle.

Dix ans après la mort de Rosalind Franklin, James Dewey Watson, dans son livre La Double Hélice (en), minimise le rôle de celle-ci et la décrit comme une personne acariâtre. La famille de Rosalind Franklin, ainsi que Francis Crick, Aaron Klug et Linus Pauling, s'élèvent contre la description du travail et de la personnalité que donne le livre. Watson finit par reconnaître, lors d’une interview en 2003, « que Rosalind Franklin aurait également mérité le prix Nobel".

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James Dewey Watson (à droite) et Francis Crick (à gauche), corécipiendaire du prix Nobel de médecine en 1962 pour leur découverte de la structure de l'ADN.