Rita Levi-Montalcini se je rodila v Torinnu leta 1909 v judovski družini. Svojo akademsko pot je začela pri 20 letih kot študentka medicine na torinski univerzi, četudi je tej poti nasprotoval njen oče, ki je bil mnenja, da ženske ne bi smele študirati.

Po diplomi je postala raziskovalka s področja nevrobiologije, a je morala svojo akademsko pot kmalu prekiniti, ko so fašistične oblasti prepovedale vključenost Judov v univerze. A to je ni ustavilo na njeni raziskovalni poti, saj si je uredila manjši laboratorij kar v svoji spalnici, kjer je nadaljevala svoje proučevanje razvoja zarodkov piščanca.

Leta 1943, po nemški invaziji na Italijo, je Rita Levi-Montalcini skupaj s svojo družino pobegnila v Firence. Po osvoboditvi mesta je Levi-Montalcini kot zdravnica pomagala oskrbovati ranjence v tamkajšnjem centru za begunce.

Kmalu po koncu druge svetovne vojne so jo povabili v ZDA, kjer je nadaljevala svoje raziskovalno delo na univerzi Washington v zvezni državi Missouri. Njeno tamkajšnje raziskovanje je prispevalo k odkritju živčnega rastnega dejavnika, potrebnega za rast nevronov centralnega in perifernega živčnega sistema.

To odkritje je med drugim bistveno pripomoglo k razumevanju številnih z živčnim sistemom povezanih obolenj. Leta 1986 je za to odkritje skupaj s Stanleyjem Cohenom prejela Nobelovo nagrado za področje medicine.

Kmalu pred upokojitvijo, leta 1970, se je vrnila v Italijo, kjer je tudi po upokojitvi nadaljevala akademsko delo. Med drugim je napisala več knjig, s katerimi je želela približati znanost širši javnosti. Ustanovila je tudi fundacijo za štipendiranje in promocijo študijskih programov.

Rita Levi-Montalcini se ni nikoli poročila in ni imela otrok, saj se je bala, da bi ji družinske vezi bistveno zmanjšale neodvisnost. Ob tem je večkrat dejala, da te odločitve ne obžaluje, saj je njeno življenje obogatilo njeno delo in odlični odnosi med sodelavci, tako da se ni nikoli počutila osamljeno.