Franklin wurde 1920 in London, England, geboren. Sie studierte Naturwissenschaften an der University of Cambridge und promovierte 1945 in physikalischer Chemie an der University of Cambridge. Nach Abschluss ihrer Promotion arbeitete sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der British Coal Utilization Research Association, wo sie die Struktur von Kohle untersuchte.
1951 zog Franklin an das King's College London, um im Labor von Maurice Wilkins zu arbeiten. Wilkins arbeitete auch an der Struktur der DNA, und Franklins Fachwissen in der Röntgenkristallographie war eine wertvolle Bereicherung für das Team. Gemeinsam erstellten sie eine Reihe wichtiger Röntgenbeugungsmuster der DNA, die entscheidende Informationen über ihre Struktur lieferten.
Im Jahr 1953 veröffentlichten Watson und Crick ihre Arbeit über die Doppelhelixstruktur der DNA, die teilweise auf der Arbeit von Franklin und Wilkins basierte. Franklin erhielt keine Anerkennung für ihre Arbeit und sie wurde nicht zur Bekanntgabe der Entdeckung eingeladen.
Franklin setzte ihre Forschungen zur Struktur von DNA und anderen biologischen Molekülen fort, bis sie 1958 an Eierstockkrebs starb. Sie war erst 37 Jahre alt.
Trotz der Herausforderungen, denen sie als Frau in einem von Männern dominierten Bereich gegenüberstand, leistete Franklin bedeutende Beiträge auf dem Gebiet der Röntgenkristallographie und dem Verständnis der molekularen Strukturen von DNA und anderen biologischen Molekülen. Ihre Arbeit ebnete den Weg für die Entwicklung neuer Medikamente und Behandlungsmethoden für Krankheiten und sie gilt als eine der bedeutendsten Wissenschaftlerinnen des 20. Jahrhunderts.