רנדל למדה בתיכון סטויווסנט היוקרתי בניו יורק, בכיתה בה למד גם הפיזיקאי בריאן גרין, וסיימה את לימודיה ב-1980. היא קיבלה תואר BA מאוניברסיטת הרווארד ב-1983, ושם גם השלימה את עבודת הדוקטורט שלה ב-1987, בהנחייתו של הווארד ג'ורג'י (Howard Georgi). לאחר תקופה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, עבודת בתר-דוקטורט במעבדת לורנס ברקלי, ומשרת מרצה זוטר בהרווארד, הצטרפה ב-1991 לפקולטה לפיזיקה ב-MIT. בין 1998 ו-2000 שימשה כפרופסור במינוי משותף בפרינסטון וב-MIT, וב-2001 חזרה להרווארד כפרופסור מן המניין.
היא חברה באקדמיה האמריקאית לאמנויות ומדעים (American Academy of Arts and Sciences) ובחברה האמריקאית לפיזיקה (American Physical Society). בסתיו 2004 הייתה הפיזיקאי התאורטי המצוטט ביותר בחמש השנים הקודמות.
לרנדל יצאו מוניטין גם מחוץ לעולם האקדמיה. הספר שכתבה, "מעברים מעוקמים: חשיפתה של תעלומת הממדים הנסתרים ביקום"[1], נכלל ברשימת 100 הספרים הבולטים של הניו יורק טיימס לשנת 2005. מגזין ניוזוויק הגדיר אותה כ"אחת הפיזיקאים התאורטיים המבטיחים בדורה" ניוזוויק, גיליון 2 בינואר 2006. ביולי 2006 התפרסם ראיון אתה במגזין המדע הפופולרי Discover[2]. במאי 2007 הופיעה רנדל ברשימת 100 האנשים המשפיעים ביותר של הטיים מגזין (Time 100), בקבוצת "מדענים והוגי דעות".
