Màster (1966) i doctorada (1968) per la Universitat de Brandeis, treballà en diverses universitats seguint el periple acadèmic del seu primer marit, el biofísic Olke Uhlenbeck, del qual se separà el 1976. Aquest any s’incorporà a la Universitat d’Illinois, on desenvolupà gran part de la seva carrera fins el 1988, que passà a la Universitat d’Austin, Texas.
El seu camp de recerca és l’anàlisi geomètrica i les teories de galga, que s’apliquen a la física de partícules, les supercordes i la relativitat general, així com a les anomenades superfícies mínimes. A més de les aportacions científiques, la seva tasca acadèmica destaca per les iniciatives adreçades a promoure les matemàtiques i les disciplines afins entre les dones.
Membre de l’Acadèmia Nacional de Ciències dels Estats Units (1986), l’any 2000 rebé la Medalla Nacional de la Ciència, entre altres reconeixements. L’any 2019 fou la primera dona en rebre el premi Abel, que juntament amb la medalla Fields és el guardó de més prestigi en el camp de les matemàtiques.