Nach ihrem Studium der Wissenschaftsgeschichte an der Harvard University und dem Studium in  Wissenschaftsphilosophie an der University of Cambridge, England, promovierte Lorraine Daston 1979 in Wissenschaftsgeschichte an der Harvard University. Im Anschluss war sie als Assistenzprofessorin an der Harvard und Princeton University tätig. Ab 1990 wirkte sie als Professorin und Direktorin am Institut für Wissenschaftsgeschichte der Universität Göttingen, bis sie von 1992 bis 1997 an die University of Chicago wechselte. Seit 1995 ist sie Direktorin am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin, es folgten Gastprofessuren an der Oxford University (1998), an der Harvard University (2002-2003) und an der University of Chicago (2005).

Ihre Forschung konzentriert sich auf vier zentrale Themen der Wissenschaftsgeschichte und -philosophie: erstens die Theorie der Wahrscheinlichkeit, (dies war auch das Thema Ihres ersten Buches „Classical Probability and the Enlightenment“, 1988), zweitens die sich verändernden Auffassungen von Monstern und Wundern sowohl in der Wissenschaft als auch in der Kultur, („Wonders and the Order of Nature“, 1998, gemeinsam mit Katharine Park), drittens die Theorie und Praxis der wissenschaftlichen Objektivität („Objektivity“, 2007, gemeinsam mit Peter Galison) und zuletzt die Natur, (einige ihrer wichtigsten hierzu veröffentlichten Aufsätze sind zusammengefasst in der Veröffentlichung „The Moral Authority of Nature“, 2004).

Lorraine Daston ist seit 1998 Ordentliches Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften und hat zahlreiche internationale Auszeichnungen erhalten, darunter den Pfizer Price (1989,1999), den Bainton Prize (1999) und den Gerda Henkel Preis (2020).