До 1928 года Ходжкин посещала школу Джона Лимана, расположенную вблизи Беклеса. В школе она увлекалась кристаллами и это побудило ее к более углубленному изучению истории кристаллографии, а также химии, предмета, обычно изучавшегося в те времена только мальчиками. В возрасте 13 лет во время посещения отца в Хартуме, где он занимал пост директора отдела образования и изучения античности Судана, она встретила А. Ф. Джозефа, химика-почвоведа, который помог ей провести количественный анализ некоторых местных минералов.
В 1926 году ее отец стал директором Британской школы археологии в Иерусалиме, и после окончания школы Ходжкин приезжает к своим родителям в Палестину. Раскапывая византийские храмы в Джераше (Трансиордания, а ныне Иордания), она увлеклась археологией, но, несмотря на это, вернувшись в Англию, приступила к изучению химии в Сомервилл-колледже, в Оксфорде.
После окончания Сомервилл-колледжа в 1932 году Ходжкин получила возможность провести работу в Кембриджском университете с выдающимся физиком Дж. Д. Берналом. Бернал занимался рентгеноструктурными анализами кристаллов стеролов (твердых циклических спиртов, таких, как холестерин, обнаруженных в биологических тканях), что являлось предметом ее особого интереса. Спустя два года она вернулась в Сомервилл на отделение минералогии и кристаллографии и оставалась там на протяжении почти всей своей профессиональной деятельности.
Получив с помощью химика-органика Роберта Робинсона субсидию на приобретение рентгеновского аппарата, Ходжкин продолжила анализ стеролов, особенно иодида холестерина. За диссертацию по этой теме она в 1937 году получает докторскую степень.
Через три года после начала Второй мировой войны Ходж кин приступила к исследованиям пенициллина – антибиотика, открытого в 1928 году Александером Флемингом и очищенного позднее Эрнстом Б. Чейном, с которым она встретилась в Кембридже, и Хоуардом У. Флори. В военное время в этом лекарстве возникла самая острая потребность для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями. Но поскольку химическая структура пенициллина была почти неизвестна, не могло быть и речи о его синтезировании и массовом выпуске.
Ходжкин приступила к изучению пенициллина с помощью рентгеноструктурного анализа. Пропуская рентгеновские лучи через кристаллы пенициллина под разными углами, группа определила результирующую дифракцию образцов, зарегистрированную на фотографических пластинах, и вычислила расположение ключевых атомов в кристаллической решетке. Позднее использование IBM-компьютера с программами на перфокартах дало возможность упростить лабораторную задачу получения карт электронной плотности, по которым Ходжкин и ее коллеги в 1949 году определили молекулярную структуру пенициллина.