Franklin est née à Londres, en Angleterre, en 1920. Elle a étudié les sciences naturelles à l'Université de Cambridge, puis a obtenu un doctorat en chimie physique à l'Université de Cambridge en 1945. Après avoir terminé son doctorat, elle a travaillé comme associée de recherche. à la British Coal Utilization Research Association, où elle a étudié la structure du charbon.
En 1951, Franklin s'installe au King's College de Londres pour travailler dans le laboratoire de Maurice Wilkins. Wilkins travaillait également sur la structure de l'ADN, et l'expertise de Franklin en cristallographie aux rayons X constituait un atout précieux pour l'équipe. Ensemble, ils ont produit un certain nombre de modèles importants de diffraction des rayons X de l’ADN, qui ont fourni des informations cruciales sur sa structure.
En 1953, Watson et Crick publièrent leur article sur la structure en double hélice de l'ADN, basé en partie sur les travaux de Franklin et Wilkins. Franklin n'a pas été créditée pour son travail et elle n'a pas été invitée à assister à l'annonce de la découverte.
Franklin a poursuivi ses recherches sur la structure de l'ADN et d'autres molécules biologiques jusqu'à sa mort d'un cancer de l'ovaire en 1958. Elle n'avait que 37 ans.
Malgré les défis auxquels elle a été confrontée en tant que femme dans un domaine dominé par les hommes, Franklin a apporté d'importantes contributions au domaine de la cristallographie aux rayons X et à la compréhension des structures moléculaires de l'ADN et d'autres molécules biologiques. Son travail a ouvert la voie au développement de nouveaux médicaments et traitements contre les maladies, et elle est considérée comme l’une des scientifiques les plus importantes du XXe siècle.