Nacida en Turín el 22 de abril de 1909, de padre ingeniero y de madre pintora, comenzó sus estudios de medicina a los 20 años y los finalizó brillantemente en 1936. La promulgación de leyes raciales impidió a la joven italiana de origen judío proseguir su especialización en neurología y psiquiatría.
Durante la guerra, puso en pie un laboratorio improvisado en su cocina y después en su casa en la campiña de Piamonte, donde realizó experimentos con embriones de pollo. Sus descubrimientos, aunque realizados en condiciones precarias, le valieron en 1947 una invitación a la Universidad de Washington en St. Louis, en Missouri.
Allí permaneció durante treinta años, continuando su carrera como investigadora y profesora, al mismo tiempo que dirigía el Instituto de Biología Celular del Centro Nacional de Investigaciones de Roma. En 1986 recibió el Premio Nobel de Medicina, junto a Stanley Cohen, por su revolucionario descubrimiento de los “factores de crecimiento nervioso” (nerve growth factor, NGF).
Este descubrimiento, “de una importancia fundamental” según el jurado que concedió el premio, permitió comprender mejor el desarrollo del sistema nervioso y hacer enormes progresos en el estudio de las enfermedades como el Alzheimer, de las complicaciones neurológicas ligadas a la diabetes y de algunos fenómenos cancerígenos.