Sabin nació en Central City, Colorado, en una explotación minera, donde su padre trabajaba como ingeniero. Cuando tenía 7 años, su madre murió y, poco después, ella y su hermana se trasladaron a vivir con sus abuelos en Vermont. De niña quería ser pianista, pero cuando creció se decantó por las ciencias. Tras su graduación, se matriculó en el Smith College, sólo para mujeres, y se licenció en zoología. Después, enseñó matemáticas en un instituto para ganar dinero para los estudios de posgrado.
A los 25 años, Sabin ingresó en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. Su determinación y capacidad de observación llamaron la atención del anatomista Franklin P. Mall, que la animó a centrarse en dos proyectos importantes: la elaboración de un modelo del tronco cerebral de un recién nacido y el desarrollo del sistema linfático de los recién nacidos. Al graduarse, consiguió un puesto de interna en el Hospital Johns Hopkins y, al año siguiente, obtuvo una beca en el Departamento de Anatomía de la Escuela de Medicina Johns Hopkins. A los 35 años, empezó a dar clases en el departamento de Anatomía del hospital y, en tres años, fue ascendida a profesora asociada. A los 46 años, fue nombrada catedrática de embriología e histología y se convirtió en la primera mujer en ser profesora titular de una facultad de medicina. Cuatro años más tarde, se convirtió en la primera mujer presidenta de la Asociación Americana de Anatomistas, donde trabajó principalmente en la investigación de los orígenes de los vasos sanguíneos.
A los 54 años, Sabin dejó el Johns Hopkins para concentrarse en sus investigaciones, convirtiéndose en la directora del Departamento de Estudios Celulares del Instituto Rockefeller de Investigación Médica de Nueva York. Ese mismo año, se convirtió en la primera mujer miembro de la Academia Nacional de Ciencias y en miembro del comité de investigación de la Asociación Nacional de la Tuberculosis. Dedicó los siguientes 12 años a investigar las células inmunitarias y los efectos de las sustancias extrañas en la formación de anticuerpos.
Después de su reclusión, aceptó la petición de presidir un subcomité de salud en Colorado. En este puesto, presionó para que se aprobara la legislación sanitaria. Trabajando incansablemente por esta causa, ayudó a la aprobación de las “Leyes de Salud Sabin”, que modernizaron la salud pública del Estado, además de ocuparse de otras cuestiones sanitarias como el tratamiento de la tuberculosis, el saneamiento público y la normalización de la calidad de la leche. A los 77 años, se convirtió en la directora de salud y beneficencia de Denver. A lo largo de los años, publicó más de 100 artículos científicos, numerosos capítulos de libros, dos libros de medicina y una biografía de su mentor Franklin Paine Mall.
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