Франкенталер родилась в 1928 году в Нью-Йорке в богатой семье, ее родителями были судья Верховного суда штата Нью-Йорк и иммигрантка из Германии.
Художница сыграла значительную роль в развитии американской абстрактной живописи второй половины XX века. Еще в молодости она испытала влияние таких крупнейших художников, как Василий Кандинский и Джексон Поллок, вместе с которым участвовала в "Движении за абстрактное искусство".
Первая персональная выставка Франкенталер прошла в 1951 году в Нью-Йорке, а широкую известность художница получила в 1952 году благодаря своей первой значительной работе "Горы и море", в процессе создания которой она применила новаторскую технику размытых пятен: художница разливала на незагрунтованном холсте, лежащем на полу, разведенные масляные краски, которые растекались по полотну и моментально впитывались. В результате ей удалось добиться эффекта акварели и полного отсутствия на картине следов руки художника, работа будто бы была создана самой природой. Впоследствии "ноу-хау" Франкенталер переняли другие американские живописцы, в частности, Кеннет Ноланд и Морис Луис.
В 60-е годы художница обратилась к живописи акриловыми красками, создавала монументальные, высотой до трех метров, полотна, а также расписывала керамику, занималась скульптурой, резьбой по дереву и гравюрами.
Работы Франкенталер можно увидеть в крупных музеях по всему миру, в том числе в Метрополитан в Нью-Йорке и Национальной галерее в Вашингтоне.