Rita Levi Montalcini nació el 22 de abril de 1909 en Turín. A pesar de la oposición de sus padres, que querían para ella un futuro de esposa y madre, ingresó en la escuela de medicina a la edad de veinte años, graduándose con la máxima calificación (Summa cum laude), en 1936.
Firmemente decidida a seguir su carrera académica como asistente e investigadora en neurobiología y psiquiatría, se vio obligada en 1938, a causa de las leyes raciales promulgadas por el régimen fascista, a emigrar a Bélgica junto con el famoso histólogo Giuseppe Levi, de quien era ayudante en sus investigaciones. La pasión por su trabajo, sin embargo, la motivó y le dio la fuerza para seguir adelante, tanto como para continuar sus investigaciones en un laboratorio casero.
Fueron años muy turbulentos para el mundo y para Europa. Con la amenaza de la Segunda Guerra Mundial era muy difícil encontrar lugares para estar tranquilo, mucho menos para dedicarse a la investigación. En sus idas y venidas, en 1943 recaló en Florencia, donde vivió en la clandestinidad durante unos años, prestando su colaboración como médico voluntario de los aliados.
Así, después de tanto peregrinar sin encontrar un refugio seguro, Rita volvió a su ciudad natal (poco antes de la invasión alemana de Bélgica), y retomó más serenamente sus importantes investigaciones junto a Leví, siempre en un laboratorio casero. Poco después recibió una oferta -difícil de rechazar- del Departamento de Zoología de la Universidad de Washington (St. Louis, Missouri). Aceptó, después de haberse asegurado muy bien, que podría continuar con la misma investigación que había iniciado en Turín. La joven Rita todavía no sabía que "l'America" se convertiría en una especie de segundo hogar, viviendo allí con cargos de prestigio por más de treinta años (ocuparía el cargo de profesora de Neurobiología) hasta 1977.
Sus primeros estudios (se remontan a los años 1938 a 1944) estuvieron dedicados a los mecanismos de formación del sistema nervioso de los vertebrados. En 1951-1952 descubrió el factor de crecimiento nervioso conocido como NGF, que desempeña un papel esencial en el crecimiento y diferenciación de las células nerviosas sensoriales y simpáticas. Por cerca de tres décadas continuó la investigación sobre ésta molécula proteica y su mecanismo de acción, por lo que en 1986 fue galardonado con el
Premio Nobel de Medicina (con
Stanley Cohen). En las motivaciones del Premio se lee: "
El descubrimiento de NGF a principios de los '50 es un ejemplo fascinante de cómo un agudo observador puede extraer hipótesis válidas de un aparente caos. Precedentemente, los neurobiólogos no tenían idea de cuales procesos intervenían en la correcta inervación de los órganos y tejidos del organismo".
De 1961 a 1969 dirigió el Centro de Investigaciones de Neurobiología del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (Roma), en colaboración con el Instituto de Biología de la Universidad de Washington, y desde 1969 hasta 1979 el Laboratorio de Biología Celular. Después de retirarse de ese cargo "por motivos de edad," continuó trabajando como investigadora y profesora invitada, entre 1979-1989 y 1989-1995 trabajó en el Instituto de Neurobiología de la CNR con la calificación de superexperto. Sus investigaciones se centraron en el radio de acción del NGF, utilizando técnicas cada vez más sofisticadas.
De 1993 a 1998 presidió el Instituto de la Enciclopedia italiana. Fue miembro de las más prestigiosas academias científicas internacionales, como la Accademia Nazionale dei Lincei, la Pontificia Academia, la Academia de Ciencias denominada la XL, la Academia Nacional de Ciencias estadounidense y la Royal Society.
También siempre estuvo muy activa en campañas de interés social, por ejemplo, contra las minas terrestres o la responsabilidad de los científicos con la sociedad. En 1992, instituyó junto con su hermana gemela Paola, la Fundación Levi Montalcini, en memoria de su padre, destinada a la formación y educación de los jóvenes, y al otorgamiento de becas universitarias a estudiantes africanas. El 22 de enero de 2008, la Universidad de Milán Bicocca le concedió el grado honoris causa en biotecnología industrial.
Rita Levi Montalcini murió a la extraordinaria edad de 103 años, el 30 de diciembre 2012, en Roma.