Flora de Pablo nació en Salamanca, el 25 de febrero de 1952.
En 1975 se licenció en Medicina y se diplomó en Psicología por la Universidad de Salamanca, entre 1976 y 1979 fue médica interna residente (MIR) y becaria predoctoral del Departamento de Patología General, Sección de Endocrinología, del Hospital Clínico, de la Universidad de Salamanca, donde se doctoró en Medicina Interna y Endocrinología. Trabajó durante 10 años en Estados Unidos, primero como becaria postdoctoral (1980-1982) y luego como investigadora (1984-1991 y 1995-1996) en los National Institutes of Health(Bethesda) y en el Instituto de Tecnología de California (Caltech, Pasadena). En el período 1982-1984 fue Facultativo Adjunto, del Servicio de Endocrinología del Hospital de la Santa Cruz y San Pablo de Barcelona, al que continuó vinculada con la supervisión de proyectos de investigación hasta 1989.
En el año 1991 regresó a España como Investigadora Científica del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Madrid. Entre 2007 y 2008 fue directora general del Instituto de Salud Carlos III. En la actualidad, es Profesora de Investigación del (CSIC) en el Departamento de Biomedicina Molecular del CIB.
En 2001 fue una de las fundadoras de la Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas de la que fue su primera presidenta (2001-2007). A menudo ha manifestado su preocupación por la falta de reconocimiento del trabajo de las mujeres en los ámbitos científicos y tecnológicos, así como su poca presencia en los puestos relevantes y en la toma de decisiones, y así lo ha hecho público en la prensa y en diversos artículos de divulgación.