Marshall Warren Nirenberg werd op 10 april 1927 in New York City geboren als zoon van Harry en Minerva Nirenberg. Het gezin verhuisde in 1939 naar Orlando, Florida. Hij ontwikkelde al vroeg een interesse in biologie. In 1948 behaalde hij zijn B.Sc. graad, en in 1952, zijn M.Sc. graad in Zoölogie aan de Universiteit van Florida in Gainesville. Zijn dissertatie voor de Master’s thesis was een ecologische en taxonomische studie van caddis vliegen (Trichoptera).
In deze periode raakte hij geïnteresseerd in de biochemie. Hij zette zijn studies op dit gebied voort aan de Universiteit van Michigan, Ann Arbor, en behaalde in 1957 de Ph.D. graad aan de Afdeling Biologische Scheikunde. Nirenbergs proefschrift, uitgevoerd onder leiding van Dr. James Hogg, was een studie van een permease voor hexose-transport in ascites tumorcellen.
Van 1957 tot 1959 kreeg hij een postdoctorale opleiding bij DeWitt Stetten Jr., en bij William Jakoby aan de National Institutes of Health als fellow van de American Cancer society. Gedurende het volgende jaar bekleedde hij een Public Health Service Fellowship en in 1960 werd hij biochemicus voor onderzoek in de Sectie van Metabole Enzymen, onder leiding van Dr. Gordon Tompkins, aan de National Institutes of Health.
In 1959 begon hij de stappen te bestuderen die DNA, RNA en proteïne met elkaar in verband brengen. Deze onderzoeken leidden tot de demonstratie met H. Matthaei dat boodschapper-RNA nodig is voor eiwitsynthese en dat synthetische boodschapper-RNA-preparaten kunnen worden gebruikt om verschillende aspecten van de genetische code te ontcijferen.
In 1962 werd hij hoofd van de sectie Biochemische Genetica aan de National Institutes of Health.
Nirenberg heeft eredoctoraten van de Universiteit van Michigan, Yale University, Universiteit van Chicago, Universiteit van Windsor (Ontario) en Harvard University. Andere onderscheidingen zijn onder meer: The Molecular Biology Award, National Academy of Sciences, 1962; Paul Lewis Award in Enzyme Chemistry, American Chemical Society, 1964; The National Medal of Science, 1965; The Research Corporation Award, 1966; de Hildebrand Award, 1966; de Gairdner Foundation Award of Merit, 1967; De Prix Charles Leopold Meyer, Franse Academie van Wetenschappen, 1967; de Joseph Priestly Award, 1968; en de Franklin Medal, 1968. De Louisa Gross Horwitz Prize, Columbia University, en de Lasker Award werden gedeeld met H. G. Khorana in 1968. Hij is lid van de American Academy of Arts and Sciences en van de National Academy of Sciences.
Hij is in 1961 getrouwd met Perola Zaltzman, een scheikundige van de Universiteit van Brazilië, Rio de Janeiro. Zij is nu biochemicus bij de National Institutes of Health.
Deze autobiografie/biografie is geschreven ten tijde van de toekenning en later gepubliceerd in de boekenserie Les Prix Nobel/ Nobel Lectures/The Nobel Prizes. De informatie wordt soms bijgewerkt met een addendum ingediend door de laureaat.
Marshall W. Nirenberg overleed op 15 januari, 2010.