27 Ağustos 1916'da Berlin'de dünyaya geldi. Babası, Almanya'da askeri ataşelik görevi yapan ve Atatürk'ün yakın arkadaşlarından Hasan Cemil Bey, annesi dönemin Berlin Büyükelçisi İbrahim Hakkı Paşa'nın kızı Remziye Hanım'dır. Hukukçu ve gazeteci Leyla ÇAMBEL ile kanser araştırmacısı Perihan ÇAMBEL'in kardeşi, mühendis Bülent ÇAMBEL’in ablasıdır. 8 yaşında Türkiye'ye geldi. Ortaokul ve liseyi Arnavutköy Amerikan Kız Koleji’nde okudu. Sanat tarihi öğretmeninin etkili anlatımı ve İstanbul'un tarihi mekanlarına düzenlediği geziler lise yıllarında onu derinden etkiledi. Okulda, eskrim sporu ile de tanıştı ve bu konuda ustalaştı. Lise öğrenimini tamamladıktan sonra Fransız hükümetinden aldığı bursla Paris Sorbonne Üniversitesi'nde 3 yıl arkeoloji lisans öğrenimini gördü; ayrıca Hititçe ve eski İbranice öğrendi. İlk kazı deneyimini 1935 yılında yaşadı. Dr. Kurt Brittel’in başkanı olduğunda Alacahöyük kazısına stajyer olarak katıldı. Fransa'daki lisans öğrenimi sırasında boş vakitlerini eskrim ve binicilikle değerlendiren Çambel, 1936 Yaz Olimpiyatlarında eskrim dalında Türkiye'yi temsil etti ve Suat Fetgeri AŞENİ ile birlikte olimpiyatlara katılan ilk Türk kadın sporcu oldu. Turnuva sırasında Adolf Hitler tarafından görüşmeye çağrılan Çambel, hükümetin izni olmadan görüşmeyeceğini bildirerek reddetti. 1946 yılında Kayseri-Adana arasında kalan bölgedeki Hitit eserlerini incelemek için Bossert ile bilikte çıktıkları gezide Karatepe bölgesindeki kalıntılara ulaşmaları kariyerinde belirleyici oldu. Araştırma ekibi, Hitit hiyeroglifleri ve Fenike yazısının bir arada kullanıldığını görmüş ve Fenike yazısı tercüme edilebildiği için, bu keşif Hitit hiyerogliflerinin nihai çözümü olmuştur. Karatepe-Arslantaş Höyüğü’nde Bossert tarafından başlayan kazı çalışmalarına 1952’den sonra Çambel başkanlık etti. Karatepe’de ortaya çıkarılan arkeolojik buluntuların restorasyonu, korunması ve sergilenmesi için bir açık hava müzesi kurulmasına ön ayak oldu. 1948-199 yıllarında, Karatepe'deki çalışmaların yanı sıra Fransız Arkeoloji Enstitüsü'yle birlikte Yazılıkaya/Midas şehri kazısını yürüttü. 1964 yılında Chicago Üniversitesi'nden Robert J. Braidwood ve eşi Linda S. Braidwood'la birlikte Ergani'de Çayönü höyüğü kazısına başladı. Kote Çemi (Hilar - Çayönü) kalıntılarını gün ışığına kavuşturdu. Bu bölgede günümüzden 8.000 yıl önce avcı-toplayıcılıktan tarıma geçildiğinin kanıtlarını ortaya çıkardı. 2005 yılında Hollanda devletinin kültür ve kalkınmaya hizmet edenlere verdiği Prens Claus ödülü'nün sahibi oldu. 2010 yılında kendisine T.C. Kültür Bakanlığı tarafından Kültür ve Sanat Büyük Ödülü verildi. 12 Ocak 2014 tarihinde İstanbul'daki evinde yaşamını kaybetti.
