Sus padres, Hillel y Esther Lifshitz, eran judíos sionistas que emigraron a Palestina desde Zduńska Wola, Polonia, en 1933 antes del establecimiento de Israel.
A pesar de su pobreza, sus padres la enviaron a la escuela en el exclusivo barrio de Beit HaKerem, asegurándole una buena educación.
Yonath fue aceptada en la escuela secundaria Tichon Hadash aunque su madre no podía pagar la matrícula.
Estudió en la Universidad Hebrea de Jerusalén donde se licenció en Química en 1962 y completó una maestría en Bioquímica en 1964 .
Introdujo una 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.