Después de graduarse de la escuela secundaria en 1931, Ethel Greenglass trabajó como empleada durante algunos años. Cuando se casó con Julius Rosenberg en 1939, el año en que se graduó en ingeniería eléctrica, los dos ya eran miembros activos del Partido Comunista. El año siguiente, Julius obtuvo un trabajo como ingeniero civil en el Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos, y junto a Ethel comenzaron a revelar secretos militares de los Estados Unidos a la Unión Soviética. Más tarde, el hermano de Ethel, el sargento David Greenglass, asignado como maquinista en el Proyecto Manhattan para construir la bomba atómica, proporcionó a los Rosenberg información sobre armas nucleares. Los Rosenberg entregaron esta información a Harry Gold, un mensajero suizo, quien luego se lo pasó a Anatoly A. Yakovlev, vicecónsul de la Unión Soviética en la ciudad de Nueva York.
Julius Rosenberg fue dado de baja por el ejército en 1945 por haber mentido sobre su pertenencia al Partido Comunista. Gold fue arrestado el 23 de mayo de 1950, relacionado con el caso del espía británico Klaus Fuchs, que había sido arrestado por filtrar secretos nucleares estadounidenses y británicos a la Unión Soviética. Los arrestos de Greenglass y Julius Rosenberg se sucedieron en junio y julio, y Ethel fue arrestada en agosto. Otro conspirador, Morton Sobell, un compañero de clase de Julius Rosenberg, huyó a México pero fue extraditado.
Los Rosenberg fueron acusados de espionaje y llevados a juicio el 6 de marzo de 1951. El sargento Greenglass fue el principal testigo de la acusación. El 29 de marzo fueron declarados culpables y el 5 de abril la pareja fue condenada a muerte. Sobell y Gold recibieron 30 años de prisión. Durante dos años, el caso Rosenberg fue apelado ante los tribunales y expuesto en los medios ante la opinión mundial. La constitucionalidad y la aplicabilidad de la Ley de Espionaje de 1917, en virtud de la cual fueron juzgados los Rosenberg, así como la imparcialidad del juez de primera instancia, Irving R. Kaufman, quien al pronunciar la sentencia los había acusado de un delito “peor que el asesinato”, fueron cuestiones clave durante el proceso de apelación. Siete apelaciones diferentes llegaron a la Corte Suprema de los Estados Unidos y fueron denegadas. Una campaña mundial pidiendo clemencia por los condenados fracasó, y los Rosenberg fueron ejecutados en la silla eléctrica de la prisión Sing Sing en Ossining, Nueva York. Ethel se convirtió en la primera mujer ejecutada por el gobierno de los Estados Unidos desde que Mary Surratt fue ahorcada en 1865 por su presunto papel en el asesinato de Abraham Lincoln.
En los años posteriores a las ejecuciones de los Rosenberg, hubo un importante debate sobre su culpabilidad. Se los consideró víctimas de funcionarios cínicos y vengativos del FBI. Se publicaron descripciones compasivas de los Rosenberg en novelas de gran tirada, como ¨El libro de Daniel¨ de Doctorow (1971) y ¨La quema pública¨ de Robert Coover (1977). La controversia sobre su culpabilidad se resolvió en gran parte a principios de la década de 1990, después de la caída del comunismo en la Unión Soviética y la divulgación de información de inteligencia soviética que confirmó la participación de los Rosenberg en el espionaje.