Marshall Warren Nirenberg s-a născut la New York, la 10 aprilie 1927, fiul lui Harry și Minerva Nirenberg. Familia s-a mutat în Orlando, Florida, în 1939. A dezvoltat de timpuriu un interes pentru biologie. În 1948 a obținut o diplomă de licență, iar în 1952, o diplomă de master în zoologie la Universitatea din Florida, la Gainesville. Disertația sa pentru teza de masterat a fost un studiu ecologic și taxonomic al muștelor caddis (Trichoptera).

În această perioadă a devenit interesat de biochimie. Și-a continuat studiile în acest domeniu la Universitatea din Michigan, Ann Arbor, iar în 1957 a primit titlul de doctor în cadrul Departamentului de Chimie Biologică. Teza lui Nirenberg, realizată sub îndrumarea doctorului James Hogg, a fost un studiu al unei permeaze pentru transportul de hexoză în celulele tumorale de ascită.

Din 1957 până în 1959 a obținut un stagiu postdoctoral cu DeWitt Stetten Jr. și cu William Jakoby la National Institutes of Health, ca membru al Societății Americane de Cancer. În anul următor a deținut o bursă a Serviciului de Sănătate Publică, iar în 1960 a devenit biochimist de cercetare în cadrul Secției de enzime metabolice, condusă de Dr. Gordon Tompkins, la National Institutes of Health.

În 1959 a început să studieze etapele care leagă ADN-ul, ARN-ul și proteinele. Aceste cercetări au dus la demonstrarea, împreună cu H. Matthaei, a faptului că ARN-ul mesager este necesar pentru sinteza proteinelor și că preparatele sintetice de ARN mesager pot fi folosite pentru a descifra diverse aspecte ale codului genetic.

În 1962 a devenit șeful Secției de Genetică Biochimică la National Institutes of Health.

Nirenberg deține diplome onorifice de la Universitatea din Michigan, Universitatea Yale, Universitatea din Chicago, Universitatea din Windsor (Ontario) și Universitatea Harvard. Alte distincții includ: Premiul pentru Biologie Moleculară, Academia Națională de Științe, 1962; Premiul Paul Lewis pentru Chimie Enzimatică, Societatea Americană de Chimie, 1964; Medalia Națională de Știință, 1965; Premiul Research Corporation, 1966; Premiul Hildebrand, 1966; Premiul de Merit al Fundației Gairdner, 1967; Premiul Charles Leopold Meyer, Academia Franceză de Științe, 1967; Premiul Joseph Priestly, 1968; și Medalia Franklin, 1968. Premiul Louisa Gross Horwitz, Universitatea Columbia, și Premiul Lasker au fost împărțite cu H. G. Khorana în 1968. Este membru al Academiei Americane de Arte și Științe și al Academiei Naționale de Științe.

S-a căsătorit în 1961 cu Perola Zaltzman, o chimistă de la Universitatea din Brazilia, Rio de Janeiro. Ea este în prezent biochimist la National Institutes of Health.

Această autobiografie/biografie a fost scrisă la momentul decernării premiului și publicată ulterior în seria de cărți Les Prix Nobel/ Nobel Lectures/The Nobel Prizes. Informațiile sunt uneori actualizate cu un addendum prezentat de către laureat.

Marshall W. Nirenberg a murit la 15 ianuarie 2010.