Podczas II wojny światowej brała udział w programie poszukiwania skutecznego leku przeciwko malarii, w 1950 uzyskała także tytuł lekarza medycynyLinda Bren: Frances Oldham Kelsey: FDA Medical Reviewer Leaves Her Mark on History, „FDA Consumer”, marzec–kwiecień 2001. W latach 1954–1957 pracowała jako wykładowca i pracownik naukowy na Uniwersytecie Dakoty Południowej w Vermillion – otrzymała wówczas (w 1955) obywatelstwo amerykańskie – a przez kolejne trzy lata praktykowała jako lekarz na terenie Dakoty PołudniowejMel James: Frances Kelsey. Invalidating Thalidomide for Prenatal Use.
W 1960 przeprowadziła się do Waszyngtonu, gdzie rozpoczęła wieloletnią pracę w Agencji Żywności i Leków. Jedną z pierwszych badanych przez nią substancji w procedurze dopuszczenia na rynek amerykański był talidomid, lek o działaniu przeciwwymiotnym, przeciwbólowym i usypiającym, stosowany również przez kobiety w ciąży. Był on już wtedy dopuszczony do obrotu w kilkunastu krajach europejskich i Kanadzie. Mimo tego, i wbrew naciskom przedstawicieli producenta, Frances Kelsey zażądała przeprowadzenia dodatkowych badań klinicznych.