Franklin blev født i London, England, i 1920. Hun studerede naturvidenskab ved University of Cambridge og fortsatte derefter med at afslutte en ph.d. i fysisk kemi ved University of Cambridge i 1945. Efter at have afsluttet sin ph.d. arbejdede hun som forskningsassistent ved British Coal Utilization Research Association, hvor hun studerede kuls struktur.
I 1951 flyttede Franklin til King's College London for at arbejde i Maurice Wilkins' laboratorium. Wilkins arbejdede også på strukturen af DNA, og Franklins ekspertise inden for røntgenkrystallografi var et værdifuldt aktiv for holdet. Sammen producerede de en række vigtige røntgendiffraktionsmønstre af DNA, som gav afgørende information om dets struktur.
I 1953 udgav Watson og Crick deres papir om dobbelthelixstrukturen af DNA, delvist baseret på Franklins og Wilkins' arbejde. Franklin fik ikke kredit for sit arbejde, og hun blev ikke inviteret til at overvære annonceringen af opdagelsen.
Franklin fortsatte sin forskning i strukturen af DNA og andre biologiske molekyler indtil sin død af kræft i æggestokkene i 1958. Hun var kun 37 år gammel.
På trods af de udfordringer, hun stod over for som kvinde i et mandsdomineret felt, ydede Franklin betydelige bidrag til området for røntgenkrystallografi og forståelsen af de molekylære strukturer af DNA og andre biologiske molekyler. Hendes arbejde banede vejen for udvikling af nye lægemidler og behandlinger til sygdomme, og hun regnes for en af de vigtigste videnskabsmænd i det tyvende århundrede.