Marshall Warren Nirenberg syntyi New Yorkissa 10. huhtikuuta 1927 Harry ja Minerva Nirenbergin poikana. Perhe muutti Floridan Orlandoon vuonna 1939. Hän kiinnostui varhain biologiasta. Vuonna 1948 hän suoritti kandidaatin tutkinnon ja vuonna 1952 eläintieteen maisterin tutkinnon Floridan yliopistossa Gainesvillessä. Hänen maisterin tutkielmansa oli ekologinen ja taksonominen tutkimus caddis-kärpäsistä (Trichoptera).
Tänä aikana hän kiinnostui biokemiasta. Hän jatkoi opintojaan tällä alalla Michiganin yliopistossa Ann Arborissa ja sai vuonna 1957 tohtorin tutkinnon biologisen kemian laitokselta. Nirenbergin väitöskirja, joka tehtiin tohtori James Hoggin johdolla, oli tutkimus heksoosin kuljettamiseen tarkoitetusta permeaasista askites-kasvainsoluissa.
Vuosina 1957-1959 hän sai post doc -tutkijakoulutuksen DeWitt Stetten Jr:n kanssa ja William Jakobyn kanssa National Institutes of Healthissä American Cancer Societyn stipendiaattina. Seuraavana vuonna hänellä oli Public Health Service Fellowship -apuraha, ja vuonna 1960 hänestä tuli tutkiva biokemisti National Institutes of Healthin metabolisten entsyymien jaostossa, jota johti tohtori Gordon Tompkins.
Vuonna 1959 hän alkoi tutkia vaiheita, jotka yhdistävät DNA:n, RNA:n ja proteiinin. Nämä tutkimukset johtivat H. Matthaein kanssa osoitukseen siitä, että lähetti- RNA:ta tarvitaan proteiinisynteesiin ja että synteettisiä lähetti- RNA-valmisteita voidaan käyttää geneettisen koodin eri näkökohtien selvittämiseen.
Vuonna 1962 hänestä tuli National Institutes of Healthin biokemiallisen genetiikan osaston päällikkö.
Nirenbergillä on kunniatohtorin arvonimet Michiganin yliopistosta, Yale-yliopistosta, Chicagon yliopistosta, Windsorin yliopistosta (Ontario) ja Harvardin yliopistosta. Muita kunnianosoituksia ovat mm: Paul Lewis Award in Enzyme Chemistry, American Chemical Society, 1964; National Medal of Science, 1965; The Research Corporation Award, 1966; Hildebrand Award, 1966; Gairdner Foundation Award of Merit, 1967; Prix Charles Leopold Meyer, Ranskan tiedeakatemia, 1967; Joseph Priestly Award, 1968; ja Franklin Medal, 1968. Columbian yliopiston Louisa Gross Horwitz -palkinto ja Lasker-palkinto jaettiin H. G. Khoranan kanssa vuonna 1968. Hän on American Academy of Arts and Sciencesin ja National Academy of Sciencesin jäsen.
Hän avioitui vuonna 1961 Perola Zaltzmanin kanssa, joka on kemisti Brasilian yliopistosta Rio de Janeirossa. Hän on nykyään biokemisti National Institutes of Healthissä.
Tämä omaelämäkerta/biografia kirjoitettiin palkinnon saamisen aikaan ja julkaistiin myöhemmin kirjasarjassa Les Prix Nobel/ Nobel Lectures/The Nobel Prizes. Tietoja päivitetään joskus palkinnon saajan toimittamalla lisäyksellä.
Marshall W. Nirenberg kuoli 15. tammikuuta 2010.