Su padre Robert Hack, era un contable de origen suizo y de religión protestante. Su madre, María Luisa Pogessi, toscana, era católica y graduada de la academia de bellas artes y, miniaturista en la galería de los Uffizi. Ambos fueron miembros de la Sociedad Teosófica italiana, de la que Robert llegó a ser presidente.
Después de haber completado sus estudios (aunque no realizó los exámenes debido a la Segunda Guerra Mundial) en el Liceo Classico "Galileo" en Florencia, se graduó en Física en 1945 con una calificación de 101/110 con una tesis de Astrofísica de las Cefeidas, realizada en el Observatorio de Arcetri de la Universidad de Florencia, durante la dirección de Giorgio Abetti, quien se convertiría para ella en un modelo científico, docente y de gerencia de un centro de investigación científica.
En su juventud fue campeona en salto de altura y salto de longitud. En febrero de 1944 se casó con Aldo De Rosa en la iglesia de San Leonardo de Arcetri.
Fue una activista, haciendo campaña en favor del derecho al aborto y de los derechos del colectivo lgtbi y en contra de la influencia del Vaticano en la vida pública italiana.
Murió el 29 de junio de 2013, a la edad de noventa y un años en el hospital de Cattinara en Trieste, en el que fue hospitalizada por problemas cardíacos; desde hacía unos dos años presentaba problemas respiratorios y de motricidad.Fue profesora titular de astronomía en la Universidad de Trieste desde 1964 hasta el 1.º de noviembre de 1992, año en el que fue jubilada.Fue la primera mujer italiana en dirigir el Observatorio Astronómico de Trieste; desde 1964 hasta 1987, llevándolo a obtener renombre internacional.
Miembro de importantes sociedades de física y astronomía, Margherita Hack también fue directora del Departamento de Astronomía de la Universidad de Trieste desde 1985 hasta 1991 y desde 1994 hasta 1997. Fue miembro de la Accademia Nazionale dei Lincei (socia nacional de la clase de ciencias físicas, matemáticas y naturales; segunda categoría: astronomía, geodesia, geofísica y aplicaciones; sección A: Astronomía y aplicaciones). Trabajó para numerosos observatorios estadounidenses, europeos y estatales por largo tiempo como miembro del grupo de trabajo de la Agencia Espacial Europea y de la NASA. En Italia, después de una intensa actividad de fomento, logró que la comunidad astronómica italiana expandiese su actividad mediante el uso de varios satélites, alcanzando así un nivel de renombre internacional