Итало-американский биолог Рита Леви-Монтальчини родилась в Турине одной из двух сестёр-близнецов в интеллигентной сефардской семье Леви. Она добавила к своей фамилии девичью фамилию матери, когда начала научную карьеру. Завершив среднее образование, она против воли отца поступила в медицинскую школу Туринского университета и в 1936 г. получила медицинскую степень, а в 1940 г. - ещё одну, со специализацией по неврологии и психиатрии. Среди её туринских соучеников был Сальвадор Лурия. В её подготовку как специалиста входила работа в качестве ассистента у гистолога и эмбриолога Джузеппе Леви в неврологической клинике Туринского университета, а также учёба в Брюссельском неврологическом институте в Бельгии. Именно Джузеппе Леви пробудил в ней интерес к нейроэмбриологическим исследованиям.

В военные 1940-43 гг., когда антисемитские законы фашистского правительства Италии запрещали ей работать в университете, Леви-Монтальчини продолжала вести исследования в спальне своего дома неподалеку от Турина. После того как немцы оккупировали Северную Италию, она переехала во Флоренцию, где ухитрялась работать в своей маленькой квартирке. В 1944 г., когда союзники начали освобождать Италию, она оказывала медицинскую помощь американским военным властям в лагере для итальянских беженцев. В 1945 г. она смогла вернуться к своей исследовательской работе в Туринском университете.

 Леви-Монтальчини находилась под сильным влиянием работ, проводившихся Виктором Хамбургером, нейробиологом и эмбриологом из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. По приглашению Хамбургера она в 1947 г. приехала в Сент-Луис, чтобы работать с ним в качестве научного сотрудника зоологического отделения Вашингтонского университета. Несколько видоизменив эксперименты, выполненные ранее американским анатомом Элмером Буэкером, они сделали пересадку клеток опухоли мыши куриному эмбриону и обнаружили, что нервные клетки эмбриона быстро проросли в ткань опухоли. Эти наблюдения подсказали Леви-Монтальчини, что на рост нервов оказало воздействие неизвестное стимулирующее вещество, содержащееся в опухоли.

В 1952 г. она отправилась в Рио-де-Жанейро, чтобы  овладеть техникой культуры тканей с помощью своей подруги Греты Мейер. Эксперименты, проведенные в бразильской лаборатории, показали, что экстракты опухолей были не менее эффективны, чем сами опухоли. Существование стимулирующего вещества казалось несомненным, и Леви-Монтальчини назвала его фактором роста нервной ткани (ФРНТ).

В 1953 г. к Леви-Монтальчини присоединился в Вашингтонском университете биохимик и зоолог Стэнли Коэн. В результате их сотрудничества было установлено, что ФРНТ - белок и что змеиный яд и слюнные железы взрослых самцов мышей являются более богатыми его источниками, нежели опухоли. Коэн очистил ФРНТ, определил его химическую структуру и получил антитела к ФРНТ. Он открыл также второе вещество, которое он заметил из-за того, что оно загрязняло препараты ФРНТ, назвав его эпидермальным фактором роста (ЭФР), т. к. оно стимулировало рост клеток кожи и роговицы.

Леви-Монтальчини продолжала изучать биологический эффект и механизмы действия ФРНТ. В 1951 г. она - адъюнкт-профессор, а в 1958 г. - профессор Вашингтонского университета. В 60-х гг. она стала проводить всё больше времени со своей семьей в Италии и вместе с Пьетро Анжелетти организовала лабораторию в Высшем институте здоровья в Риме. В 1961-69 гг. эта лаборатория принимала участие в комплексной исследовательской программе совместно с Вашингтонским университетом. В 1969 г. Леви-Монтальчини организовала лабораторию клеточной биологии в Итальянском национальном исследовательском совете в Риме и до 1979 г. была её директором.

Поначалу идея фактора роста, подобного ФРНТ, воспринималась не слишком охотно. Он не был традиционным гормоном, вызывающим временную метаболическую реакцию, а оказался прежде неизвестным видом молекулярного вещества, необходимым для развития и выживания специфического типа клеток. В дальнейшем были обнаружены многие другие факторы роста. В 80-х годах было показано, что онкогены - генетические элементы, вызывающие рак - несут код для производства белков, сходных по структуре с факторами роста и их рецепторами (химические образования на поверхности клеток, связывающие определенные вещества). Это открытие может означать, что возникновение рака вызывается нарушениями в регуляции факторов роста. Были обнаружены также факторы роста различных видов нервных клеток и разработаны методы их терапевтического использования: например, применение ФРНТ для восстановления повреждённых нервов или ЭФР для улучшения эффективности пересадок кожи.

В 1986 г. Рите Леви-Монтальчини и Стэнли Коэну была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине "в знак признания их открытий, имеющих фундаментальное значение для понимания механизмов регуляции роста клеток и органов". Открытие ФРНТ, сделанное Леви-Монтальчини, было названо "удивительным примером того, как опытный исследователь может создать концепцию из кажущегося хаоса".

Леви-Монтальчини была жизнерадостной и элегантной женщиной, в Сент-Луисе её званые вечера с узким кругом приглашённых славились изысканной кухней и интеллектуальными беседами. Она имела двойное гражданство - Италии и США. Её сестра-близнец, художница Паола Леви, умерла в 2000-м году.

Кроме Нобелевской премии, Леви-Монтальчини была удостоена многочисленных наград и почестей в Италии и США, почётных степеней Упсальского университета, Вейцмановского института, колледжа св. Марии и медицинской школы Вашингтонского университета. Она была членом Гарвеевского общества, Американской академии наук и искусств, американской Национальной академии наук, Бельгийской королевской академии медицины, Итальянской национальной академии наук, Европейской академии наук, искусств и литературы, Флорентийской академии искусств и наук.

Рита - краткая форма имени Маргарита, которое восходит к древнегреческому маргаритис - "жемчуг". Фамилия Леви произошла от названия колена Левия. Фамилия Монтальчини - топонимическая, от города Монтальчино в Тоскане, Италия.