ดร.นิศรา การุณอุทัยศิริ ได้รับทุนการศึกษาจากรัฐบาลไทยไปศึกษาต่อในระดับปริญญาตรี-โท-เอก ณ ประเทศสหรัฐอเมริกา  โดยเข้าศึกษาปริญญาตรี สาขาวิศวกรรมเคมี ณ มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (Columbia University) สำเร็จการศึกษาปี 2542 เกียรตินิยมอันดับ 1 ด้วยคะแนนสูงสุดจึงได้รางวัลเหรียญการศึกษาดีเยี่ยม Bonilla Medal และได้รับการจารึกชื่อไว้ที่มหาวิทยาลัย จากนั้นได้ศึกษาต่อปริญญาโท-เอก ณ มหาวิทยาลัยแสตนฟอร์ด (Stanford University) สำเร็จการศึกษาปริญญาเอก ในปี 2547 และได้รางวัลวิทยานิพนธ์ปริญญาเอก ระดับดีเยี่ยม จากสภาวิจัยแห่งชาติ ประจำปี 2549  

หลังจากที่กลับมาทำงานเป็นนักวิจัยที่ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ในปี 2547 ได้จัดตั้งและเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการไมโครอะเรย์แบบครบวงจรในปี 2550 ดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการหน่วยวิจัยเทคโนโลยีการตรวจวินิจฉัยทางชีวภาพในปี 2557  ได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่ง Honorary Professor จาก Queen’s University Belfast สหราชอาณาจักรในปี 2564 และได้จัดตั้งศูนย์วิจัยร่วมนานาชาติด้านความมั่นคงทางอาหาร (International Joint Research Center on Food Security) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างสวทช มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และ Queen’s University Belfast ในปี 2565 ได้รับการคัดเลือกเป็น Young Global Leader ปี 2556 จาก World Economic Forum และได้รับการแต่งตั้งเป็นกรรมการจัดทำยุทธศาสตร์ชาติในปี 2560-2565 

ดร. นิศรา มีความเชี่ยวชาญด้านการประยุกต์และพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวกับชุดตรวจเพื่อเกษตรและอาหารมั่นคง มีผลงานตีพิมพ์ระดับนานาชาติมากกว่า 80 เรื่อง โดยมี h-index 27 ได้ยื่นจดสิทธิบัตร เกี่ยวกับการพัฒนาชุดตรวจมากกว่า 20 เรื่อง ดร. นิศราได้รับรางวัลต่างๆ อาทิเช่น

• นักเทคโนโลยีรุ่นใหม่ของปี 2554 จากมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในพระบรมราชูปถัมภ์
• รางวัล “For Women in Science” จาก L’Oreal (Thailand)-UNESCO
• รางวัลผลงานประดิษฐ์คิดค้นจากสภาวิจัยแห่งชาติประจำปี 2553
• รางวัลผลงานวิจัยจากสภาวิจัยแห่งชาติประจำปี 2557
• รางวัลทะกุจิ ประเภทนักวิจัยดีเด่น ประจำปี 2564 จากสมาคมเทคโนโลยีชีวภาพแห่งประเทศไทย
• รางวัลนักเรียนทุนรัฐบาลไทยดาวรุ่ง ประจำปี 2564 จากสมาคมนักเรียนทุนรัฐบาลไทย
• รางวัล ‘Outstanding ONE HEALTH Researcher in Aquaculture Award’ ประจำปี 2564 จาก

American National Shellfisheries Association

• รางวัลผลงานวิจัยจากสภาวิจัยแห่งชาติประจำปี 2565