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  阿諾德出生於美國賓州Edgewood,母親為Josephine Inman(孃家姓Routheau),父親William Howard Arnold是核物理學家。阿諾德在匹茲堡的市郊長大,1974年從高中Taylor Allderdice High School畢業;期間曾搭陌生人的順風車到華盛頓特區抗議越南戰爭,並透過當酒吧女侍應及計程車司機維生。  1979年,從普林斯頓大學畢業,主修機械工程學及航空太空工程學;1985年,從加利福尼亞大學柏克萊分校博士畢業,主修化學工程,期間在導師Harvey Blanch的實驗室內學習,研究親和色譜法的技巧。其後,在加利福尼亞大學柏克萊分校及加利福尼亞理工學院做研究。

  阿諾德率先使用定向演化來創造酶(生化分子 - 通常是催化或加速化學反應的蛋白質),具有改進的和/或新的功能。 定向演化策略涉及迭代輪次的隨機突變蛋白質基因和篩選具有改進功能的蛋白質,並且已經用於建立有用的生物系統,包括酶,代謝途徑,遺傳調節迴路和生物體。 在自然界中,通過自然選擇演化可以導致蛋白質(包括酶)非常適合進行生物學任務,但自然選擇只能作用於現有的序列變異(突變),並且通常在很長一段時間內發生 。 阿諾德通過在蛋白質的基礎序列中引入突變來加速這一過程; 然後,她測試這些突變的影響。如果突變改善了蛋白質的功能,她可以繼續迭代過程以進一步優化它。 該策略具有廣泛的意義,因為它可用於設計用於各種應用的蛋白質。 例如,她使用定向進化來設計可用於生產可再生燃料的酶和對環境危害較小的藥物化合物。  2018年,阿諾德與美國科學家喬治·P·史密斯以及英國科學家格雷戈裡·溫特分享了方面的研究,由此共同獲得2018年諾貝爾化學獎。隨後的有關論文於2019年5月發表在《科學》雜誌上。但是這篇論文被指實驗結果不可復現。2020年1月2日,阿諾德宣佈撤回該篇論文並公開致歉。

  阿諾德曾和Jay Bailey結婚,兩人育有一子James,但最後離婚,Bailey更於2001年因癌症過世。後阿諾德和Andrew E. Lange於1994年結婚,兩人育有二子William及Joseph,但最後離異;分開後,Lange在2010年自殺身亡,而兒子William則於2016年意外死亡。  阿諾德曾於2005年被診斷患上乳癌,但接受一年半的治療後已痊癒。

  阿諾德的成果得到了許多獎項的認可,包括2018年諾貝爾化學獎,2011年美國國家工程院(NAE)德雷珀獎(第一位獲得該獎項的女性)和2011年國家技術與創新獎。 她於2011年當選美國藝術與科學學院,並於2014年入選國家發明家名人堂。 她是第一位被選入美國三所國家科學院院士的女性 - 美國國家工程院(2000年),國家醫學院(以前稱為醫學研究所)(2004年)和美國國家科學院(2008年)。
弗朗西絲·漢密爾頓·阿諾德(英語:Frances Hamilton Arnold,1956年-7月25日),美國化學工程師,專精領域為化學工程、生物工程學、生物化學。阿諾德於2018年獲得諾貝爾化學獎,是該獎第五位女性得主。