Margaret H. Hamilton nació en Paoli, Indiana, y estudió matemáticas en la Universidad de Michigan y en el Earlham College. Se licenció en 1958 y tenía previsto cursar estudios de posgrado en la Universidad de Brandeis. En lugar de ello, Hamilton aceptó un puesto temporal en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), donde desarrolló un software de predicción meteorológica para el profesor Edward N. Lorenz en los ordenadores Librascope LGP-30 y PDP-1, señalando en aquel momento que los programadores aprendían su profesión mediante una formación práctica (todavía no había programas formales de informática en las universidades).
De 1961 a 63, Hamilton trabajó en el enorme sistema de defensa aérea SAGE de EE.UU. en los Laboratorios Lincoln, donde empezó a interesarse por la fiabilidad del software. «Cuando el ordenador se estropeaba durante la ejecución de su programa, no se podía ocultar. Las luces parpadeaban, las campanas sonaban y todo el mundo, los desarrolladores y los operadores informáticos, venían corriendo para averiguar de quién era el programa que estaba haciendo algo malo al sistema».
Durante la época de las misiones espaciales Apolo, Hamilton dirigió el equipo que creó el software de vuelo a bordo para los módulos de mando Apolo y los módulos lunares de la NASA. Estuvo a cargo del software de vuelo a bordo del Apolo (y del Skylab) al mismo tiempo que ejercía de Directora de la División de Ingeniería de Software en el Laboratorio de Instrumentación del MIT. Durante este tiempo en el MIT, quiso dar «legitimidad» a su software, al igual que a otras disciplinas de la ingeniería, para que (y los que lo construían) recibieran el debido respeto; y, como resultado, inventó el término «ingeniería del software» para distinguirlo de otros tipos de ingeniería.
Con sus programas de detección y recuperación de errores de las pantallas prioritarias, creó nuevos conceptos de hombre en el bucle que proporcionaron la capacidad para que el software de vuelo a bordo se comunicara de forma asíncrona en tiempo real con el astronauta dentro de un entorno de sistema de sistemas distribuido. Esto permitía que el software (que se ejecutaba en paralelo con los astronautas) interrumpiera a los astronautas y sustituyera sus pantallas normales por pantallas prioritarias, con el fin de avisarles en caso de emergencia durante una misión Apolo. Tal fue el caso durante el aterrizaje del Apolo 11.
Culminó el esfuerzo del Apolo dirigiendo a su equipo en la realización de un análisis empírico basado en las lecciones aprendidas del desarrollo del software de vuelo a bordo del Apolo. Estas lecciones se formalizaron en una teoría para sistemas y software, que sirve como origen y gran parte de la base del Lenguaje Universal de Sistemas (USL) de Hamilton.
Hamilton es la fundadora y directora general de Hamilton Technologies, Inc. Es responsable del desarrollo del Lenguaje Universal de Sistemas (USL) junto con su ciclo de vida preventivo integrado de sistemas a software «Desarrollo antes del hecho» y su automatización, la Suite de Herramientas 001; todo ello basado en su teoría matemática de control para sistemas y software.
Debido a su paradigma preventivo, con el USL, en lugar de buscar más formas de probar los errores y continuar probando los errores hasta el final del ciclo de vida, la mayoría de los errores, incluyendo todos los errores de interfaz, no se permiten en un sistema, sólo por la forma en que se define.
Durante más de cinco décadas, los métodos de Hamilton han tenido un gran impacto en el campo de la ingeniería de software hasta el día de hoy.
Hamilton recibió el premio de la NASA Exceptional Space Act (2003) y la Medalla Presidencial de la Libertad otorgada por Barack Obama (2016).