Fue investigadora en la Universidad de Stanford (EE. UU.). Sus estudios abarcan impactantes y originales investigaciones sobre geometría y sistemas dinámicos. Su trabajo en superficies de Riemann y sus modelos espaciales conectan varias disciplinas matemáticas (Geometría hiperbólica, análisis complejo, topología y dinámica) e influyen en todas ellas. Profesora de matemáticas en la Universidad de Stanford desde septiembre de 2008 hasta su fallecimiento.
Mirzajani fue diagnosticada con cáncer de mama en 2013. Murió el 15 de julio de 2017. Le sobrevivieron su marido, Jan Vondrák, científico teórico de la computación, y su hija Anahita.