Ada nació en Jerusalén el 22 de junio de 1939 en el seno de una familia judía de bajos recursos económicos que procedía de Polonia.
Motivada desde niña por la figura de Marie Curie, Ada realizó sus estudios secundarios en el Instituto Tichon Hadash, donde fue admitida gracias a su enorme talento para la ciencia y en donde le propusieron a cambio la tarea de dar clases de matemáticas a jóvenes inmigrantes búlgaros.
En 1965 se licenció en Química en la Universidad Hebrea de Jerusalén con un M.Sc en Biofísica y, en 1968, se doctoró en Cristalografía de Rayos X en el Instituto Weizmann de Ciencias de Israel. Un año más tarde cursó los estudios postdoctorales en la Universidad de Carnegie-Mellon de Pittsburgh (Pensilvania) y, en 1970, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde trabajó en el laboratorio del profesor Al Cotton en la estructura de nucleasas S. En forma paralela, Ada estudiaba con el profesor W. Lipscomb y Premio Nobel de Química del año 1976.
Para fines de la década del 70, la científica regresó al Instituto Weizmann y constituyó el primer laboratorio de cristalografía biológica del país convirtiéndose en la primera en investigar en el desarrollo de la cristalografía del ribosoma. Pero llegar no fue fácil, no obtuvo el apoyo ni la opinión favorable de la comunidad científica de la época, sin embargo, ella siguió con sus investigaciones hasta que finalmente logró desentrañar la estructura tridimensional del ribosoma y su función vital en la biosíntesis proteica.
Desde entonces, es reconocida en todo el mundo por haber sido capaz de introducir nueva técnica, la criobiocristalografía, en la cual los cristales de materiales biológicos sensible a la radiación son enfriados a temperaturas menores de 100 K, lo que facilita su estudio por rayos X.
Esta investigación básica ha tenido una gran repercusión terapéutica, pues ha revelado el mecanismo de acción de varios antibióticos que atacan los ribosomas de las bacterias para inhibirlas.
Entre los premios y galardones que Yonath recibió, vale destacar que en 2007 recibió el Premio Wolf en Química, en 2008 fue doblemente galardonada con el Premio L'Oréal-UNESCO a Mujeres en Ciencia y el Premio Mundial de Ciencias Albert Einstein. Y, en 2009, alcanzó el Premio Nobel de Química junto al indio Venkatraman Ramakrishnan y el estadounidense Thomas Steitz.