Se licenció en Medicina y se diplomó en Psicología en la Universidad de Salamanca en 1975. Posteriormente, obtuvo su doctorado en Medicina Interna y Endocrinología en la misma universidad en 1979. Su carrera la llevó a Estados Unidos, donde trabajó durante una década en prestigiosas instituciones como los National Institutes of Health (NIH) y el Instituto de Tecnología de California (Caltech).
En 1991, regresó a España y se incorporó al Centro de Investigaciones Biológicas (CIB) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Madrid. Allí fundó el grupo de investigación "Factores de Crecimiento en el Desarrollo de Vertebrados", posteriormente denominado "Laboratorio 3D: desarrollo, diferenciación, degeneración". Sus estudios han sido clave en la caracterización de la proinsulina, demostrando su actividad más allá de ser un precursor de la insulina.
Además de su labor científica, Flora de Pablo ha sido una firme defensora de la igualdad de género en la ciencia. Fue socia fundadora y primera presidenta de la Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas (AMIT) entre 2001 y 2007, promoviendo la visibilidad y el reconocimiento del trabajo de las mujeres en la investigación.
En 2007, co-fundó la empresa Proretina Therapeutics, dedicada al desarrollo de terapias para enfermedades degenerativas de la retina. Su trabajo ha sido reconocido con numerosos premios y distinciones a lo largo de su carrera.
Flora de Pablo es un referente en la investigación biomédica y en la lucha por la igualdad en la ciencia, contribuyendo significativamente al avance del conocimiento en su campo y a promover y reivindicar el papel de la mujer en la investigación.