Christiane Nüsslein-Volhard studierte in Frankfurt/Main und Tübingen, legte 1968 das Diplom in Biochemie ab und promovierte 1973 in Genetik. Nach der Postdoktorandenzeit in Basel und Freiburg leitete sie zunächst eine Forschungsgruppe am neuen Europäischen Labor für Molekularbiologie in Heidelberg und wechselte anschließend an das Friedrich-Miescher-Laboratorium der Max-Planck-Gesellschaft in Tübingen. Seit 1985 ist sie dort Direktorin am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Lehraufträge führten sie u.a. an die Universitäten Harvard und Yale. An der Tübinger Hochschule hat sie seit 1991 eine Honorarprofessur inne.

Als Entwicklungsbiologin beschäftigt sich Nüsslein-Volhard mit den Mechanismen und Regeln der Individualentwicklung: Wie entsteht aus einer befruchteten Eizelle ein aus vielen ganz unterschiedlichen Zellen bestehender Organismus? Ihre Forschungen befassen sich mit der genetischen und molekularen Analyse der embryonalen Entwicklung bei Tieren, insbesondere der Taufliege sowie dem Zebrafisch.

Für ihre Entdeckungen von Genen, die die Entwicklung von Tier und Mensch steuern, sowie den Nachweis von gestaltbildenden Gradienten im Fliegenembryo hat sie zahlreiche Auszeichnungen, Ehrendoktorate und Preise erhalten, unter anderem den Leibnitzpreis der Deutschen Forschungsgemeinschaft und den Nobelpreis für Medizin. Sie ist Mitglied der Royal Society, England, der National Academy, USA, und des Ordens pour le mérite (Deutschland). Seit 2001 gehört sie dem Nationalen Ethikrat der Bundesregierung an, seit 2005 dem Scientific Council des European Research Councils ERC der Europäischen Union. Sie ist außerdem Präsidentin der Gesellschaft deutscher Naturforscher und Ärzte.