Christiane Nüsslein-Volhard nació en Magdeburg , hija de arquitecto y maestra, quienes le inculcaron su amor por al arte y la música, aunque con un vínculo muy estrecho con las ciencias gracias a su abuelo Franz Volhard (cardiólogo y nefrólogo) y a su bisabuelo Jacob Volhard (filólogo, historiador y químico, asistente del gran Justus von Liebig). Christiane Nüsslein-Volhard también es tía de Benjamin List, Premio Nobel de Química en 2021 «por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica».

Estudió biología en la Universidad Johann Wolfgang Goethe en Frankfurt y continuó su formación en bioquímica en la Universidad de Tübingen, donde se licenció (en 1969). Aunque inicialmente su interés se centraba más en la biología del comportamiento, decidió dedicarse a la bioquímica porque le pareció que ese campo de investigación tendría más futuro. En esta misma universidad inició su investigación en las interacciones proteína-ADN/ARN de Escherichia coli y este fue el trabajo con el que se doctoró en 1974.

Solo un año después logró una de las prestigiosas becas EMBO (European Molecular Biology Organization) para comenzar su investigación postdoctoral en el Biozentrum —centro educativo y de investigación básica en biomedicina y biología molecular de la Universidad de Basilea—, con Walter Jakob Gehring, experto en biología del desarrollo de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). El estudio de este modelo de trabajo le permite conocer en profundidad su genética y desarrollar una técnica que será esencial en su trabajo posterior: el método del bloque para la obtención de cigotos procedentes de cruzamientos en masa. ¿Por qué usar este modelo? Porque las larvas de esta mosca presentan un patrón segmentado que es fácil de observar con las técnicas existentes en la época (aunque es un proceso tedioso) y ver las diferencias.

Tras su estancia en el Biozentrum, se marcha a la Universidad de Friburgo para continuar su trabajo con el embriólogo Klaus Sander, donde se dedica a estudiar los patrones de los segmentos dorsoventrales de los embriones y larvas de esta mosca, en particular del mutante dl.

En 1978 instala su propio laboratorio en Heidelberg, en el recién fundado Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) —reclutada por el químico John Cowdery Kendrew, Premio Nobel de Química en 1962 y director de la institución—. Junto a Eric Wieschaus, investigador a quien había conocido en el laboratorio de Walter Gehring, realizan un trabajo titánico inspeccionando más de veinte mil mutantes para seleccionar los de más interés para poder trabajar con ellos en su investigación. Tras analizar varios de cientos de estos mutantes, consiguieron descubrir que de los más de cinco mil genes implicados en el desarrollo embrionario de Drosophila, solo ciento veinte eran esenciales y, de estos, solo quince controlan el patrón de segmentación de las larvas.

Tras su etapa en el EMBL, Christiane se traslada —de nuevo— a Tübingen, al laboratorio Friedrich Miescher de la Sociedad Max Planck, mientras que Eric Wieschaus se marcha a la Universidad de Princeton. Es durante este periodo que, junto a su equipo, logran establecer el primer modelo de desarrollo del patrón anteroposterior de embriones de Drosophila. Trabajo que acabarían publicando en 1987 en la revista Science. En paralelo a sus investigaciones con la mosca de la fruta, comienza a trabajar en la biología del desarrollo de vertebrados, utilizando el pez cebra (Danio rerio) como modelo de investigación.

En 1984 es nombrada directora del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Tübingen, y lo es hasta su jubilación (en 2014). También dirigió el departamento de genética de esta institución desde 1986.
En 2004 crea la Fundación Christiane Nüsslein-Volhard para ayudar a jóvenes científicas alemanas prometedoras con hijos, facilitando el cuidado de los hijos para que puedan desarrollar su carrera profesional.

Los resultados obtenidos por Christiane, Eric y su equipo son importantes porque permiten el estudio de los genes implicados en el desarrollo de embriones de otras especies, como la nuestra, o en aspectos relevantes de la evolución de las especies.