Es una investigadora puntera y madre de una hija, doctorada en medicina por la Universidad de Salamanca, diplomada en Psicología en 1975, doctora en Medicina Interna y Endocrinología en 1979 y profesora de investigación en el Centro de Investigaciones Biológicas del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en Madrid.
Cuando se doctoró en medicina, trabajó entre 1980 y 1996 en Estados Unidos, en algunos de los centros de investigación más importantes del mundo como los National Institutes of Health o el California Institute of Technology, «Quería aprender a investigar de verdad allí, en los Institutos Nacionales de Salud, donde se hacían las terapias experimentales más novedosas´´, escribió un post para el blog de Madrid y en 1991 regresó a España como Investigadora Científica del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas ( CSIC) en Madrid.
En enero del año 2000, publicó en El País, el artículo «Mujer y Ciencia desde la Europa del Sur, por el que recibió el VIII Premio de Divulgación Feminista Carmen de Burgos´´, otorgado por la Asociación de Estudios Históricos sobre la Mujer y la Universidad de Málaga.
En 2001 fue una de las fundadoras de la Asociación de Mujeres Investigadores y Tecnólogas (AMIT), de la que fue su primera presidenta desde 2001 hasta 2007. Esta Asociación persigue promover la plena incorporación de las mujeres a la ciencia.
Desde la presentación de AMIT en 2002, en una Jornada de Investigación y Género (la primera) , durante el semestre de presidencia española de la Comisión Europea, Flora de Pablo ha difundido activamente los objetivos de la asociación y ha conseguido que AMIT sea tenida en cuenta por parte de los distintos gobiernos y, en algunos casos ha llegado a asesorar a Secretarios y Secretarias de Estado de Educación, Ciencias e Innovación sobre temas de ciencia y género.
Fue directora general del Instituto de salud Carlos III (2007), y es miembro de numerosos Comités Científicos asesores o evaluadores en el ámbito de la Biomedicina. También es Académica Correspondiente de la Real Academia Española de Farmacia.
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. Lamentablemente, el brusco retroceso en la financiación pública y el no despegue de la financiación privada para investigación, hace peligrar todo el sistema actualmente.
Entre los años 2011 y 2012 fue incluida entre las Top 100 mujeres líderes en España en el área de investigadoras.