Crowfoot studerte kjemi ved Somerville College i Oxford fra 1928 til 1932, og fattet interesse for røntgenkrystallografi. Hun forsket senere i Cambridge sammen med John Desmond Bernal (senere professor ved University of London), som ble hennes mentor og en livslang venn. I 1934 vendte hun tilbake til Oxford, der hun kartla krystallstrukturene for insulin, penicillin og vitamin B. Det var for disse arbeidene hun ble tildelt nobelprisen i kjemi i 1964.