La professoressa Nicoletta De Francesco si è laureata con lode nel 1974 in Scienze dell'Informazione presso la facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali dell'Università di Pisa. Dal 1981 al 1988 è stata ricercatrice presso il dipartimento di Informatica dell'Università di Pisa. Dal 1989 è stata professore associato, per un anno a Salerno e poi presso la facoltà di Ingegneria dell'Università di Pisa. Dal 2000 è professore ordinario di Sistemi per l'elaborazione delle informazioni. Ha svolto un'ampia e diversificata attività didattica, prima nel corso di laurea in Informatica e poi in quello di Ingegneria informatica. È membro del collegio del corso di dottorato in Ingegneria dell'Informazione.
È autrice di più di 80 pubblicazioni su prestigiose riviste internazionali e atti di congressi internazionali. È stata responsabile e ha partecipato a molti progetti di ricerca nazionali e internazionali ed è revisore di riviste internazionali. La sua attività di ricerca si è svolta principalmente nell'ambito dei metodi formali per la specifica e verifica dei sistemi concorrenti e distribuiti. Negli anni Ottanta e Novanta è stata co-autrice di importanti lavori, ampiamente citati, che presentavano idee innovative sul debugging e la prototipazione dei sistemi concorrenti, come pure nuove metodologie, basate su semantiche non-standard, per il controllo di proprietà: il risultato principale di questo periodo è stata la definizione di una nuova logica modale basata su azioni, che permette verifiche molto efficienti.
Successivamente ha applicato tecniche di interpretazione astratta alla verifica del flusso di informazione sicuro nel codice. Un importante risultato in questo campo è stata la definizione di un verificatore Java di ridotta occupazione di memoria, e quindi adatto a essere utilizzato su sistemi embedded come le smart card. Un altro lavoro basato su Interpretazione Astratta per il bytecode Java ha ricevuto il "Wilkes award" dalla rivista "The Computer Journal" della Oxford University Press per il miglior lavoro pubblicato nel 2010.
Attualmente il suo campo di ricerca è quello dell'applicazione dei metodi formali ai sistemi biologici: ultimo risultato rilevante è stato un algoritmo più efficiente di quelli esistenti per la riduzione dei pedigree di grosse dimensioni attraverso l'eliminazione dei genotipi impossibili.
Alla intensa attività di didattica e di ricerca ha affiancato importanti impegni istituzionali. Nel 2002 è stata vicepreside della facoltà di Ingegneria dell'Università di Pisa. Dal 2003 al 2010 è stata prorettore per la Didattica dell'Università di Pisa e ha gestito il complesso passaggio dei corsi di laurea dal vecchio al nuovo e poi al nuovissimo ordinamento. Ha contribuito a promuovere la costituzione del Polo di Sistemi logistici dell'Università di Pisa a Livorno, del cui Comitato scientifico ed esecutivo è presidente. È stata membro del Comitato esecutivo del corso di laurea di Scienze del Turismo che si svolge a Lucca. È presidente del Consiglio di amministrazione della Fondazione Galileo Galilei e della Fondazione Premi e Borse di studio dell'Università di Pisa ed è membro del Comitato d'onore dell'Internet Festival di Pisa.
Dal 2010 è prorettore vicario dell'Università di Pisa e ha contribuito in maniera significativa alla costruzione del nuovo assetto dell'Ateneo a seguito della recente riforma. Fino al 2012 è stata delegata del rettore alla comunicazione e membro di diritto del Senato accademico e del Consiglio di Amministrazione dell'Ateneo.
Per queste motivazioni il Senato accademico ha conferito l'Ordine del Cherubino alla professoressa Nicoletta De Francesco.