Szkołę średnią ukończyła w Nicei, korzystając z książek pożyczanych od nauczycieli, gdyż rodziców nie było stać na taki wydatek. Wahała się z wyborem kierunku studiów – myślała o dziennikarstwie, archeologii, krytyce sztuki. Na Uniwersytecie Paryskim studiowała równolegle literaturę porównawczą i biologię, zapisała się też na architekturę, jednak wybuch wojny uniemożliwił kontynuację studiów. Zastępczo uczyła się matematyki i nauk przyrodniczych w Nîmes. Później zainteresowała się biologią morską i zatrudniła się w , gdzie w 1947 r. uzyskała stopień doktora.
Po doktoracie rozpoczęła pracę naukową w paryskim Institut de Biologie Physico-Chimique (IBPC). W roku 1953 wyjechała do Stanów Zjednoczonych. Pracowała początkowo w University of Illinois at Urbana, a następnie w New York University, gdzie w 1953 lub 1954 r. została przyjęta do laboratorium kierowanego przez Severa Ochoa (późniejszego laureata Nagrody Nobla). W 1955 r. Grunberg-Manago i Ochoa opublikowali w Journal of the American Chemical Society pracę, w której poinformowali o odkryciu fosforylazy polinukleotydowej (PNPazy). Jest to enzym z grupy polimeraz RNA, który katalizuje reakcję syntezy RNA oraz reakcję odwrotną. PNPaza została wkrótce potem wykorzystana w badaniach, które doprowadziły do rozszyfrowania kodu genetycznego (w 1961 r.