Margaret H. Hamilton syntyi Indianan Paolissa ja opiskeli matematiikkaa Michiganin yliopistossa ja Earlham Collegessa. Hän valmistui kandidaatiksi vuonna 1958 ja aikoi jatkaa opintojaan Brandeisin yliopistossa. Sen sijaan Hamilton otti väliaikaisen työpaikan Massachusetts Institute of Technologysta (MIT), jossa hän kehitti sääennusteohjelmia professori Edward N. Lorenzille Librascope LGP-30- ja PDP-1-tietokoneilla ja totesi tuolloin, että ohjelmoijat oppivat ammattinsa käytännön harjoittelun kautta (yliopistoissa ei vielä ollut virallisia tietojenkäsittelytieteen koulutusohjelmia).
Vuosina 1961-63 Hamilton työskenteli massiivisen yhdysvaltalaisen SAGE-ilmapuolustusjärjestelmän parissa Lincolnin laboratorioilla, jossa hän kiinnostui ensimmäisen kerran ohjelmistojen luotettavuudesta. ”Kun tietokone kaatui ohjelman suorituksen aikana, sitä ei voinut piilotella. Valot vilkkuivat, kellot soivat, ja kaikki, kehittäjät ja tietokoneen käyttäjät, juoksivat selvittämään, kenen ohjelma teki järjestelmälle jotain pahaa.”
Apollo-avaruuslentojen aikaan Hamilton johti ryhmää, joka loi NASA:n Apollon komentomoduuleihin ja kuumoduuleihin tarkoitetut lento-ohjelmistot. Hän vastasi Apollo- (ja Skylab-) lennon ohjelmistotyöstä samalla, kun hän toimi MIT:n Instrumentation Laboratory -laboratorion ohjelmistotekniikan osaston johtajana. Tänä aikana MIT:ssä hän halusi antaa ohjelmistoilleen ”laillisuuden”, aivan kuten muillekin insinööritieteiden aloille, jotta niitä (ja niiden rakentajia) kunnioitettaisiin asianmukaisesti, ja siksi hän keksi termin ”ohjelmistotekniikka” erottaakseen sen muista insinööritieteistä.
Priority Displays -virheiden havaitsemis- ja palautusohjelmillaan hän loi uusia ”ihminen silmukassa” -konsepteja, jotka tarjosivat lennon aikana toimiville ohjelmille mahdollisuuden kommunikoida reaaliaikaisesti ja asynkronisesti avaruusalusten kanssa hajautetussa systeemin järjestelmien järjestelmien ympäristössä. Tämä mahdollisti sen, että ohjelmisto (joka toimi rinnakkain astronauttien kanssa) saattoi keskeyttää astronautit ja korvata heidän tavanomaiset näyttönsä ensisijaisilla näytöillä varoittaakseen heitä hätätilanteessa Apollo-lennon aikana. Näin tapahtui Apollo 11:n laskeutumisen aikana.
Hän huipensi Apollo-hankkeen johtamalla ryhmäänsä suorittamaan empiirisen analyysin, joka perustui Apollo-lento-ohjelmiston kehittämisestä saatuihin kokemuksiin. Nämä opetukset formalisoitiin järjestelmien ja ohjelmistojen teoriaksi, joka toimii Hamiltonin Universal Systems Language (USL) -järjestelmän alkulähteenä ja suurelta osin sen perustana.
Hamilton on Hamilton Technologies, Inc:n perustaja ja toimitusjohtaja. Hän on vastuussa universaalin järjestelmäkielen (USL) kehittämisestä yhdessä sen integroidun järjestelmien ja ohjelmistojen välisen ennaltaehkäisevän elinkaaren (Development Before the Fact) ja sen automatisoinnin, 001 Tool Suite -työkalusarjan, kehittämisen kanssa; kaikki perustuvat hänen matemaattiseen teoriaansa järjestelmien ja ohjelmistojen valvonnasta.
Sen ennaltaehkäisevän ajattelutavan vuoksi USL:n avulla sen sijaan, että etsitään lisää tapoja testata virheitä ja jatketaan testausta virheiden löytämiseksi myöhään virheen loppuvaiheessa elinkaaren aikana, suurinta osaa virheistä, mukaan luettuna kaikki rajapintavirheet, ei sallita järjestelmässä, jo pelkästään sen määrittelyn vuoksi.
Hamiltonin menetelmillä on yli viiden vuosikymmenen ajan ollut suuri vaikutus ohjelmistotekniikan alaan aina nykypäivään saakka.
Hamilton sai NASA:n Exceptional Space Act Award -palkinnon (2003) ja Barack Obaman myöntämän presidentin vapaudenmitalin (2016).