Biografia mały|Hamilton stojąca obok wydruku kodu programu nawigacyjnego, który ona i jej zespół MIT napisali dla projektu Apollo. Margaret Heafield urodziła się w Paoli, w stanie Indiana, jej rodzice to Kenneth Heafield i Ruth Esther Heafield (z domu Partington). Po ukończeniu Liceum Hancock w 1954 roku studiowała matematykę na Uniwersytecie w Michigan w 1955 roku, a następnie uzyskała tytuł licencjata (bachelor of arts) z matematyki i specjalizację z filozofii z Earlham College w 1958 roku. Po ukończeniu szkoły krótko uczyła matematyki i francuskiego w szkole średniej, aby wesprzeć swojego męża w trakcie studiów na Harvardzie, a ostatecznym celem było uzyskanie dyplomu ukończenia studiów w późniejszym czasie. W końcu przeprowadziła się do Bostonu w stanie Massachusetts, z zamiarem ukończenia studiów magisterskich na Brandeis University.