Marie Daly est née dans le quartier Harlem de New York, d'une mère infirmière et d'un père ingénieur. Son intérêt pour la chimie a été encouragé par son oncle, qui travaillait dans ce domaine. Elle a poursuivi des études à l'université Hunter College de New York (obtenant son diplôme en 1942) et ensuite au Massachusetts Institute of Technology (MIT), où elle obtient un doctorat en chimie physique en 1959.
Durant sa carrière, Marie Daly a travaillé sur l'étude de l'ADN pour comprendre la structure de ce macromolécule et son rôle dans le fonctionnement des cellules. Elle a notamment collaboré avec James Watson et Francis Crick sur leur découverte de la structure à double hélice de l'ADN.
Marie Daly a également travaillé sur la recherche en chimie organique, notamment dans le domaine de la photopharmacologie (l'étude des effets des rayonnements lumineux sur les médicaments). Elle a été professeure à l'université Howard, où elle a également fondé le Département de Chimie et en est devenue la première femme afro-américaine à occuper ce poste.
Marie Daly a reçu de nombreuses récompenses pour ses contributions à la chimie et à la science, notamment la National Medal of Science décernée par le président des États-Unis en 1985. Elle est également membre de l'Académie nationale des sciences depuis 1984.
Marie Daly a été une figure inspirante pour les femmes en science et pour les minorités, notamment à travers son engagement dans des organisations telles que la National Organization for the Professional Advancement of Black Chemists and Chemical Engineers (NOBCChE). Elle reste un modèle de réussite et d'inspiration pour toutes celles qui poursuivent des carrières en science.