Cursó sus estudios secundarios en Evander Child's High School en el Bronx, donde se graduó a los 16 años.

En 1944 obtuvo una beca en la Universidad Stanford como ayudante de George Wells Beadle Se trasladó a California, y tras un verano de estudios en la Estación Marina Hopkings con Cornelius Van Niel, comenzó una maestría en genética.

[7]​ Se casó con Joshua Lederberg en 1946, tras lo cual comenzó a trabajar en su doctorado en la Universidad de Wisconsin.

Esther terminó su doctorado bajo el patrocinio de R. A. Bring, en 1950, el mismo año que descubrió el ciclo lisogénico del bacteriófago lambda.

[10]​ Estas contribuciones fueron la base de gran parte del trabajo en genética posterior.

El factor F se encuentra en un episoma, que puede existir como plásmido independiente o integrarse en el genoma de la célula bacteriana.

Aunque la idea había sido de ella, el primer autor del artículo fue su marido.

[6]​ El microbiólogo Stanley Falkow afirmó que Esther Lederberg "experimental y metodológicamente, era una genia en el laboratorio.

"[3]​ Aun así, a pesar de que Esther Lederberg fue una investigadora pionera, afrontó retos significativos como científica en los '50 y '60.

Según Luigi Luca Cavalli-Sforza, colaborar con su marido le dificultó tener una carrera estable e independiente.

"[17]​ Esther Lederberg tuvo intereses culturales que iban más allá de la ciencia.

Fue miembro fundadora de la Mid-Peninsula Recorder Orchestra en 1962, que presidió durante varios años.