פאמה נולד בבוסטון שבמדינת מסצ'וסטס להורים ממוצא איטלקי. ב-1956 החל בלימודי תואר ראשון בשפות רומאניות באוניברסיטת טאפטס המקומית, לאחר שנתיים החל להתמקד בלימודי כלכלה. הוא המשיך ללימודי MBA ודוקטורט בכלכלה ומימון באוניברסיטת שיקגו, בה עשה את כל הקריירה האקדמית שלו מלבד שנתיים שלימד בבלגיה. עבודת התזה שלו לדוקטורט, שנעשתה תחת הדרכתו של מרטון מילר, עסקה בחיזוי מחירי מניות, פאמה מצא כי המחירים מתנהגים באופן הבלתי ניתן לחיזוי מנתוני מחירי העבר, כלומר ב"הילוך מקרי" (רנדומלי). העבודה התפרסמה ב-1965 בכתבי עת למימון תחת הכותרת Random Walks In Stock Market Prices. פאמה טבע את המונחים שוק יעיל (efficient markets), ויעילות שוק (market efficiency) שהפכו למושגים מקובלים בשיח הענפי.
במהלך עבודתו בשיקגו נבנה לראשונה מאגר מסודר ואמין של היסטוריית מחירי ניירות ערך (CRSP), מה שאפשר לחוקרים ביצוע בדיקות אמפיריות לתאוריות המימוניות. ב-1969 פרסם פאמה עם עמיתיו מייקל ג'נסן, לורנס פישר וריצ'רד רול את המחקר האמפירי שביצעו ובו בחנו את תגובת מחירי ניירות ערך למידע חדש שהתפרסם. המחקר כלל מתודולוגיה חדשה לניתוח התגובות, והראה כיצד מגיבים המשקיעים במהירות ומחירי ניירות הערך משקפים כמעט מיידית את הגלום במידע החדש.[2]
ב-1970 פרסם בכתב העת למימון את מאמרו פורץ הדרך Efficient Capital Markets: A Review of Theory and Empirical Work. פאמה סקר במאמר זה את המחקרים והנתונים שנאספו ממדינות שונות בעולם לגבי יעילות שוקי המניות ברמות שונות, לצורך כך פאמה הגדיר שלוש רמות של יעילות בשווקים: הרמה החלשה בה מחיר המניה משקף ידע של המשקיעים לגבי מחירים והיקפי המסחר במניה בעבר, הרמה החצי חזקה בה המחיר משקף את כל המידע הפומבי הקיים, והרמה החזקה בה המחיר משקף הן את המידע הגלוי והן מידע פנים.[3]
שורת מאמרים אלו הניחו את הבסיס התאורטי והעובדתי למה שמכונה תאוריית השוק היעיל, שהתבססה על תאוריית הציפיות הרציונליות והגעה לשיווי משקל כלכלי. עם השנים הפכה התאוריה לנקודת המוצא של חוקרי המימון, כשעל מסקנותיה נעשו מחקרים רבים במטרה לבחון את נכונותה בתנאים שונים.
באמצע שנות ה-80 החל פאמה לשתף פעולה עם עמיתו מאוניברסיטת שיקגו קנת פרנץ' בסדרת מחקרים הנוגעים להערכת שווי נכסים. בין השאר השניים הטילו ספק בנכונותו של המודל המקובל להערכת שווי המניות ה-CAPM. ב-1992 פרסמו פאמה ופרנץ' את מחקרם על סיכון ותשואה בו בחנו את ביצועיהן של אלפי מניות משנות ה-60 ועד תחילת שנות ה-90. הם הראו כי הבטא שעל פי מודל ה-CAPM קובעת את התשואה הנדרשת למחיר המניה, בכך שמגדירה את רגישות המניה לכלל השוק, אינה מהווה מכשיר מספק וכי קיימים גורמים משפיעים נוספים.