Proskouriakoff werd geboren in Tomsk in het Russische Rijk. In 1915 verhuisde zij met haar familie naar de Verenigde Staten omdat haar vader van tsaar Nikolaas II de opdracht had gekregen aldaar de munitieproductie voor de Eerste Wereldoorlog te overzien. Wegens het uitbreken van de Russische Revolutie kon de familie niet terugkeren naar Rusland; Proskouriakoff zou haar geboorteland slechts eenmaal bezoeken, om mede-mayanist Joeri Knorozov te ontmoeten.
Hierna ging zij zich richten om de Mayahiërogliefen. Na onderzoeken in de jaren 50 en 60 concludeerde zij dat deze hiërogliefen niet slechts wiskundige en astronomische verhandelingen waren, maar verhalende teksten bevatten over de geschiedenis van de verschillende Mayasteden. Mede deze ontdekking leidde ertoe dat vanaf de jaren 60 de eerste Mayateksten gelezen konden worden.
De laatste jaren van haar leven besteedde Proskouriakoff aan het inventariseren van jaden voorwerpen uit Chichén Itzá. Ze overleed in 1985.