Franklin werd in 1920 geboren in Londen, Engeland. Ze studeerde natuurwetenschappen aan de Universiteit van Cambridge en voltooide vervolgens in 1945 een doctoraat in de fysische chemie aan de Universiteit van Cambridge. Na het behalen van haar doctoraat werkte ze als onderzoeksmedewerker bij de British Coal Utilization Research Association, waar ze de structuur van steenkool bestudeerde.
In 1951 verhuisde Franklin naar King's College London om in het laboratorium van Maurice Wilkins te werken. Wilkins werkte ook aan de structuur van DNA, en Franklins expertise op het gebied van röntgenkristallografie was een waardevolle aanwinst voor het team. Samen produceerden ze een aantal belangrijke röntgendiffractiepatronen van DNA, die cruciale informatie over de structuur ervan opleverden.
In 1953 publiceerden Watson en Crick hun artikel over de dubbele helixstructuur van DNA, gedeeltelijk gebaseerd op het werk van Franklin en Wilkins. Franklin kreeg geen eer voor haar werk en ze werd niet uitgenodigd om de aankondiging van de ontdekking bij te wonen.
Franklin zette haar onderzoek naar de structuur van DNA en andere biologische moleculen voort tot haar dood aan eierstokkanker in 1958. Ze was pas 37 jaar oud.
Ondanks de uitdagingen waarmee ze als vrouw te maken kreeg in een door mannen gedomineerd veld, leverde Franklin belangrijke bijdragen op het gebied van röntgenkristallografie en het begrip van de moleculaire structuren van DNA en andere biologische moleculen. Haar werk maakte de weg vrij voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen en behandelingen voor ziekten, en ze wordt beschouwd als een van de belangrijkste wetenschappers van de twintigste eeuw.