Nel 1945 Marshall si diplomò alle scuole superiori e si iscrisse all'Università della Florida, a Gainesville dove ottenne la laurea triennale in zoologia e chimica nel 1948. Dopo un'interruzione, Nirenberg riprese nel 1950 gli studi nella medesima Università ottenendo la laurea magistrale in zoologia nel 1952 con una tesi sui Trichoptera.