Nacida en Turín, fue la más joven (junto con su hermana gemela Paola) de cuatro hijos de una familia sefardí. Su padre, Adamo Levi, hábil en matemática, era de profesión ingeniero eléctrico y su madre, Adele Montalcini, una pintora con gran talento. Haciendo caso omiso a las exigencias paternas de no estudiar para ser buena madre y esposa, Rita se matriculó en la Facultad de Medicina de Turín en 1930. Se licenció en 1936. Trabajó como ayudante del famoso histólogo italiano Giusseppe Levi hasta que en 1938 el Manifesto della Razza, publicado por Benito Mussolini, prohibió a toda persona judía acceder a alguna carrera académica o profesional.
En un pequeño laboratorio, escondido en una casa de campo, Rita Levi Montalcini siguió adelante con sus estudios sobre el desarrollo del sistema nervioso, usando embriones de pollo. El fascismo de la Segunda Guerra Mundial prohibía la práctica de la Medicina y de la Ciencia a los judíos. Y aunque había salido inicialmente a Bruselas, decidió regresar con su familia a Piemonte, donde continuó su investigación hasta 1943. Fue allí donde hizo los experimentos iniciales que impulsaron su descubrimiento de factores de crecimiento nervioso. Este trabajo avanzó el conocimiento de algunas enfermedades neurológicas y su tratamiento, el desarrollo de terapias de regeneración de tejidos y el estudio del cáncer.
Desde pequeña, Rita tuvo que enfrentar mucha adversidad por los valores de la época, sus intereses académicos y su posterior dedicación a la ciencia. Su tenacidad la llevó a graduarse en Medicina con honores en 1936, luego se especializó en Neurología y Psiquiatría y optó por seguir el camino de la investigación.
La guerra la aisló, pero no la alejó de sus intereses. En los últimos años del conflicto, sirvió como médica voluntaria en campos de refugiados. Posteriormente, en 1947, fue invitada a repetir sus experimentos en la Universidad de Washington, en San Luis, donde su visita se extendió por treinta años. Regresó a Italia al final, dividiendo su tiempo entre el Instituto de Biología Celular en EEUU. y el Consejo Nacional de Investigación en Roma.
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