1919年，英国天文学家阿瑟·爱丁顿带领一支科考队，在西非记录了一次日全食。这也许是最著名的一次日全食科考，因为这次的观测结果证实了广义相对论的预言。回到英国后，爱丁顿在剑桥大学三一学院进行了一次演讲，介绍这次非洲之旅以及广义相对论的内容。正是这场演讲，改变了塞西莉亚·佩恩-加波施金的一生。
1900年，塞西莉亚生于英国白金汉郡。她6岁开始上学，有幸遇见了很好的老师。经过6年的教育，她在12岁时已经会说法语、德语和基本的拉丁语，还学习了几何和代数。那时，她最大爱好就是解一元二次方程。小小年纪的她，甚至觉得已经学会了需要知道的一切。也是从这时开始，塞西莉亚想成为一名科学家。
12岁时，塞西莉亚一家搬到伦敦，情况也发生了转变。在这里的学校，第一年不开设科学课，塞西莉亚只能自学一些物理和数学知识。而且，当时社会偏见严重，认为女性不适合从事科研。学校里的一位数学老师甚至直接说塞西莉亚“永远成不了一位学者”。为了更好地研究科学，塞西莉亚态度坚决，要求学习数学、德语。所等来的答复是，学校勒令她转学。不过，事后来，这反而是因祸得福。
1918年，塞西莉亚进入圣保罗女子学校。在那里，她不仅可以学习科学，还被鼓励发展音乐特长。学校的音乐总监把她招进学校的交响乐团，教她作曲，还鼓励她做一名音乐家。不过，出于热爱，塞西莉亚还是选择“科学”作为了自己的求学方向。只用了短短一年时间备考，塞西莉亚就通过了剑桥大学的考试，进入纽纳姆学院进行学习。她甚至还得到了一笔奖学金，足以支付她的学费。
在剑桥大学，塞西莉亚一开始尝试研修植物学。在坚持一年后，她转而开始学习物理。这很有可能受到了物理学家尼尔斯·玻尔一次讲座的影响。作为诺贝尔物理学奖得主，波尔的洞见让塞西莉亚对物理学产生了极大兴趣。不过，她在回忆录中还是抱怨了这位丹麦学者的严重口音。随后，文章开头提到的爱丁顿讲座，再次震撼了塞西莉亚。她下定决心，投身天文物理学。
获得了学士学位之后，塞西莉亚幸运地结识了美国哈佛学院天文台台长哈罗·沙普利。在交谈中，沙普利鼓励她去哈佛学习一年。1923年，塞西莉亚手握着爱丁顿充满溢美之词的推荐信，前往位于美国马萨诸塞州剑桥的哈佛大学。到了美国后，塞西莉亚跟随沙普利进行研究。沙普利为人友善，愿意帮助别人。但是，塞西莉亚为博士论文确定研究方向时，却没有听从沙普利的建议。其实，在来美国之前，她就已经做好了打算，要研究恒星光谱。
几个月之后，研究初见成效，沙普利建议她可以用一些的结果发表论文。但是，塞西莉亚却不愿意这么做，她不想用几个浅尝辄止的研究拼出来一篇博士论文，她想要做的是把一件事情彻底搞明白，要搞就搞大的。塞西莉亚的大目标是——通过光谱来弄清太阳的组成。
1925年1月1日，塞西莉亚提交了她的博士论文。在这篇题目为《恒星大气：对恒星反变层中高温的观测研究的一项贡献》的论文中，她把萨哈的电离方程应用在处于第一激发态的氢原子的巴耳末系吸收谱的研究中。她发现，在太阳大气5500℃的温度下，大约在2亿个氢原子中只有1个处于第一激发态。天文学家此前用“巴耳末系吸收”的方法，实际上是远远低估了太阳大气中的氢原子数量。
1925年，塞西莉亚获得博士学位，决定继续留在哈佛大学工作。但是在那个时代，女性在大学中的晋升空间有限。在很长时间里，她只能担任低级研究职位并领取很低的薪水。但是，塞西莉亚对天文学的热情却丝毫没有降低，并继续开展着有关恒星的研究，先后出版了《高光度恒星》、《变星》、《天文学导论》等多部专著。1934年，她获得了美国天文学会的安妮·坎农奖。
直到1956年，因为恒星相关的一系列研究成果，塞西莉亚终于成为了正教授，她也是哈佛大学历史上第一位女性正教授。同时，她还成为了天文系系主任，这也是该校的第一位女性系主任。1976年，塞西莉亚在接受美国天文学会为她颁发的亨利·诺里斯·罗素奖章时，曾经这样分享自己从事科学研究的感受。“科学研究的回报就是成为历史上第一个看到什么或者理解什么的人所带来的那种激动之情，没有什么可以与那种感觉相比。”
1979年，塞西莉亚在马萨诸塞州的剑桥去世。这位天文学家一生的故事，都浓缩到了她的自传《塞西莉亚·佩恩-加波施金：自传及其他回忆》中。在研究太阳的历史中，塞西莉亚是一个里程碑。她的理论深刻改变了我们对太阳的认识，奠定了研究太阳和其他恒星的重要基础。那个曾被老师认定“永远无法成为学者”的小女孩，却最终揭开了太阳组成的秘密。