Nació en Jerusalén el 22 de junio de 1939 en el seno de una familia judía de escasos recursos económicos, procedente de Polonia. Ya en la infancia, la admiración por Marie Curie y su profunda curiosidad la condujeron a la ciencia. Realizó sus estudios secundarios en el Instituto Tichon Hadash, donde impresionados por su talento la admitieron, a cambio de dar clases de matemáticas a jóvenes inmigrantes búlgaros.

En 1965 se licenció en Química en la Universidad Hebrea de Jerusalén con un M.Sc en Biofísica y, en 1968, se doctoró en Cristalografía de Rayos X en el Instituto Weizmann de Ciencias de Israel. En 1969 realizó estudios postdoctorales en la Universidad de Carnegie-Mellon de Pittsburgh (Pensilvania) y, en 1970, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde trabajó en el laboratorio del profesor Al Cotton en la estructura de nucleasas S. Paralelamente estudiaba con el profesor W. Lipscomb, que en 1976 recibiría el Premio Nobel de Química.

A finales de 1970 regresó al Instituto Weizmann y constituyó el primer laboratorio de cristalografía biológica del país. Fue pionera en el desarrollo de la cristalografía del ribosoma que, contra la opinión de la comunidad científica, le permitió desentrañar la estructura tridimensional del ribosoma y su función vital en la biosíntesis proteica. Esta investigación básica ha tenido una gran repercusión terapéutica, pues ha revelado el mecanismo de acción de varios antibióticos que atacan los ribosomas de las bacterias para inhibirlas.

La aportación científica de Ada Yonath fue reconocida con prestigiosos galardones: en 2007 recibió el Premio Wolf en Química, en 2008 fue doblemente galardonada con el Premio L'Oréal-UNESCO a Mujeres en Ciencia y el Premio Mundial de Ciencias Albert Einstein. Y, en 2009, alcanzó el Premio Nobel de Química junto al indio Venkatraman Ramakrishnan y el estadounidense Thomas Steitz.