Franklin è nata a Londra, Inghilterra, nel 1920. Ha studiato scienze naturali all'Università di Cambridge e poi ha completato un dottorato di ricerca in chimica fisica presso l'Università di Cambridge nel 1945. Dopo aver completato il dottorato, ha lavorato come ricercatrice associata. presso la British Coal Utilization Research Association, dove ha studiato la struttura del carbone.
Nel 1951, Franklin si trasferì al King's College di Londra per lavorare nel laboratorio di Maurice Wilkins. Wilkins stava anche lavorando sulla struttura del DNA e l'esperienza di Franklin nella cristallografia a raggi X era una risorsa preziosa per il team. Insieme, hanno prodotto una serie di importanti modelli di diffrazione dei raggi X del DNA, che hanno fornito informazioni cruciali sulla sua struttura.
Nel 1953, Watson e Crick pubblicarono il loro articolo sulla struttura a doppia elica del DNA, basato in parte sul lavoro di Franklin e Wilkins. A Franklin non fu dato credito per il suo lavoro e non fu invitata a partecipare all'annuncio della scoperta.
Franklin continuò le sue ricerche sulla struttura del DNA e di altre molecole biologiche fino alla sua morte per cancro alle ovaie nel 1958. Aveva solo 37 anni.
Nonostante le sfide che dovette affrontare come donna in un campo dominato dagli uomini, Franklin diede un contributo significativo al campo della cristallografia a raggi X e alla comprensione delle strutture molecolari del DNA e di altre molecole biologiche. Il suo lavoro ha aperto la strada allo sviluppo di nuovi farmaci e trattamenti per le malattie ed è considerata una delle scienziate più importanti del XX secolo.