Marshall Warren Nirenberg nasceu em Nova York, em 10 de abril de 1927, filho de Harry e Minerva Nirenberg. A família mudou-se para Orlando, Florida, em 1939. Ele cedo desenvolveu um interesse pela biologia. Em 1948 ele recebeu um Bacharelado em Ciências, e em 1952, um Mestrado em Zoologia pela Universidade da Flórida em Gainesville. Sua tese de mestrado foi um estudo ecológico e taxonômico das moscas caddis (Trichoptera).
Durante este período ele se interessou pela bioquímica. Continuou os estudos nesta área na Universidade de Michigan, Ann Arbor, e em 1957 recebeu o grau de Doutor pelo Departamento de Química Biológica. A tese de Nirenberg, realizada sob a orientação do Dr. James Hogg, foi um estudo de uma permease para o transporte de hexose em células tumorais da ascite.
De 1957 a 1959 obteve treinamento de pós-doutorado com DeWitt Stetten Jr., e com William Jakoby nos Institutos Nacionais de Saúde como um fellow da sociedade americana de câncer. Durante o ano seguinte realizou uma Bolsa de Serviço de Saúde Pública e em 1960 tornou-se bioquímico de pesquisa na Seção de Enzimas Metabólicas, dirigida pelo Dr. Gordon Tompkins, nos Institutos Nacionais de Saúde.
Em 1959 começou a estudar os passos que relacionam DNA, RNA e proteínas. Estas investigações levaram à demonstração com H. Matthaei que o RNA mensageiro é necessário para a síntese de proteínas e que os preparados de RNA mensageiro sintético podem ser usados para decifrar vários aspectos do código genético.
Em 1962 ele se tornou chefe da Seção de Genética Bioquímica nos Institutos Nacionais de Saúde.
Nirenberg possui diplomas honorários da Universidade de Michigan, Universidade de Yale, Universidade de Chicago, Universidade de Windsor (Ontário) e Universidade de Harvard. Outras honrarias incluem: Prêmio de Biologia Molecular, Academia Nacional de Ciências, 1962; Prêmio Paul Lewis em Química Enzimática, Sociedade Americana de Química, 1964; Medalha Nacional de Ciência, 1965; Prêmio The Research Corporation, 1966; Prêmio Hildebrand, 1966; Prêmio de Mérito da Fundação Gairdner, 1967; Prêmio Charles Leopold Meyer, Academia Francesa de Ciências, 1967; Prêmio Joseph Priestly, 1968; e Medalha Franklin, 1968. O Prémio Louisa Gross Horwitz, Universidade de Columbia, e o Prémio Lasker foram partilhados com H. G. Khorana, em 1968. Ele é membro da Academia Americana de Artes e Ciências e da Academia Nacional de Ciências.
Ele foi casado em 1961 com Perola Zaltzman, uma química da Universidade do Brasil, Rio de Janeiro. Atualmente é bioquímica do Instituto Nacional de Saúde.
Esta autobiografia/biografia foi escrita na época da premiação e posteriormente publicada na série de livros Les Prix Nobel Lectures/The Nobel Prizes. A informação é por vezes actualizada com um adendo enviado pelo Laureado.
Marshall W. Nirenberg morreu a 15 de Janeiro de 2010.