Née en 1939 à Jérusalem, Ada Yonath est la fille de Juifs polonais qui ont immigré en Israël en 1933. Diplômée en chimie et biochimie de l'université de Jérusalem, elle obtient en 1968 son doctorat à l'Institut Weizmann – où elle est toujours chercheuse – en travaillant sur la structure du collagène.

Après un post-doc à la Carnegie Mellon University (Pittsburgh) et au MIT (Boston), elle commence en 1970 à travailler sur la structure des protéines à l’université d’Harvard, au sein du laboratoire du professeur William Lipscomb – qui obtiendra le prix Nobel de chimie en 1976.

Parmi les inspirations qui l'ont guidée, elle cite aussi bien Marie Curie, première femme lauréate du prix Nobel de chimie, que sa propre mère, qui l'a encouragée à nourrir la curiosité qu'elle estime déterminante dans son parcours scientifique.

La volonté d'Ada Yonath de persévérer durant plus de 20 ans dans l'étude réputée impossible de la structure des protéines lui a valu d’être qualifiée de « rêveuse » par ses collègues, qui ont même pour certains dénigré ses travaux. Pourtant, ce sont ces recherches, entreprises dans les années 1970, qui l'ont bien plus tard menée à l’obtention du prix Nobel de chimie.

En parallèle, la scientifique a développé la technique de la cryo-cristallographie, qui protège les protéines des radiations des rayons X en les refroidissant et sans laquelle elle n'aurait pas pu mener à bien ses recherches. Ses travaux les plus récents sur la structure des atomes ont permis de comprendre comment les antibiotiques interagissent avec les systèmes cellulaires.

Affirmant son intérêt pour la transmission du savoir aux jeunes générations, Ada Yonath fonde, à son retour des États-Unis en 1970, le premier laboratoire de cristallographie d’Israël à l’Institut Weizmann. Elle dirige ensuite avec le biochimiste allemand Heinz-Günter Wittman un groupe de recherche au prestigieux Institut Max Planck de génétique moléculaire à Berlin, puis une unité de l'Institut Max Planck à Hambourg, tout en intervenant dans de nombreuses universités, comme à Chicago.

En 2009, elle reçoit le prix Nobel de Chimie avec Venkatraman Ramakrishnan, physicien et biologiste moléculaire d'origine indienne, et Thomas Steitz, biophysicien et biochimiste américain, en reconnaissance de leurs recherches sur le ribosome.