Margaret Heafield là con của Kenneth Heafield và Ruth Esther Heafield (nhũ danh Partington).[5] Bà tốt nghiệp tại trường trung học Hancock năm 1954, và đậu bằng cử nhân (B.A.) chuyên ngành toán học với một ngành phụ triết học tại Earlham College năm 1958.[6] Sau khi tốt nghiệp, Margaret có thời gian ngắn dạy toán và tiếng Pháp trong trường trung học khi chồng bà đang chuẩn bị cho việc tốt nghiệp đại học. Bà chuyển đến Boston, Massachusetts để nghiên cứu sau đại học chuyên ngành toán học trừu tượng tại đại học Brandeis.

Năm 1960 bà vào một vị trí tạm thời tại MIT để phát triển phần mềm cho dự báo thời tiết trên các máy tính LGP-30 và PDP-1 (trong dự án MAC của Marvin Minsky) cho giáo sư Edward Norton Lorenz ở khoa khí tượng học.[1][7] Vào thời đó, khoa học máy tính và kỹ thuật phần mềm vẫn chưa được giảng dạy; thay vào đó, các lập trình viên học khi làm việc bằng kinh nghiệm thực tiễn.[2]

Từ năm 1961 đến 1963, bà làm việc cho dự án SAGE tại phòng thí nghiệm Lincoln. Tại đây, bà là một trong những lập trình viên đã viết phần mềm cho máy tính AN/FSQ-7 (XD-1) đầu tiên, để tìm kiếm máy bay "địch"; bà cũng viết phần mềm cho Phòng thí nghiệm nghiên cứu không quân Cambridge.

Vài năm sau, bà gửi đơn xin tham gia một dự án mới: viết Mã nguồn cho hệ thống máy tính của Tàu vũ trụ đưa con người lên Mặt trăng. Năm 1965, Hamilton trở thành người đứng đầu nhóm lập trình tại Phòng Thí nghiệm Draper của MIT.[8]