Franklin föddes i London, England, 1920. Hon studerade naturvetenskap vid University of Cambridge och fortsatte sedan med en doktorsexamen i fysikalisk kemi vid University of Cambridge 1945. Efter att ha avslutat sin doktorsexamen arbetade hon som forskarassistent vid British Coal Utilization Research Association, där hon studerade kolets struktur.
1951 flyttade Franklin till King's College London för att arbeta i Maurice Wilkins laboratorium. Wilkins arbetade också med strukturen av DNA, och Franklins expertis inom röntgenkristallografi var en värdefull tillgång för teamet. Tillsammans producerade de ett antal viktiga röntgendiffraktionsmönster av DNA, vilket gav avgörande information om dess struktur.
1953 publicerade Watson och Crick sin artikel om dubbelhelixstrukturen hos DNA, delvis baserad på Franklins och Wilkins arbete. Franklin fick inte kredit för sitt arbete, och hon blev inte inbjuden att närvara vid tillkännagivandet av upptäckten.
Franklin fortsatte sin forskning om strukturen hos DNA och andra biologiska molekyler fram till sin död i äggstockscancer 1958. Hon var bara 37 år gammal.
Trots de utmaningar hon ställdes inför som kvinna i ett mansdominerat område, gjorde Franklin betydande bidrag till området för röntgenkristallografi och förståelsen av de molekylära strukturerna hos DNA och andra biologiska molekyler. Hennes arbete banade väg för utvecklingen av nya läkemedel och behandlingar för sjukdomar, och hon anses vara en av 1900-talets viktigaste vetenskapsmän.