Es graduà per la Universitat McMaster de Hamilton (Ontario) el 1981. Posteriorment començà, sota la direcció de Gérard Mourou, la tesi doctoral a la Universitat de Rochester (Nova York). En aquests treballs dissenyà, amb Mourou, una tècnica per a l’obtenció d’impulsos làser de màxima intensitat i durada ultracurta, coneguda per la sigla CPA (de l’anglès chirped pulse amplification), que ha donat lloc a importants aplicacions en física nuclear, física de partícules i cirurgia ocular. Per aquesta aportació, rebé el premi Nobel de física el 2018 (la tercera dona guardonada amb aquest premi després de Marie Curie el 1903 i Maria Goeppert-Mayer el 1963), compartit amb Morou i Arthur Ashkin.
Després d’obtenir el doctorat (1989) feu recerca al National Research Council of Canada (Ottawa) fins el 1991, i després d’estades al departament de làser del Lawrence Livermore National Laboratory in Livermore, Califòrnia (1991-92) i a l’Advanced Technology Center for Photonics and Opto-electronic Materials de la Universitat de Princeton (1992-97), el 1997 s’incorporà al departament de física de la Universitat de Waterloo (Ontario). Membre de l’Optical Society of America (2008), en fou elegida presidenta el 2013.