2003 bà là Junior Fellow tại Harvard và từ 2004 tới 2008 Research Fellow (nghiên cứu viên) của viện Toán học Clay cũng như phó giáo sư tại Đại học Princeton.[14] Từ 1 tháng 9 năm 2008, Mirzakhani được nhận làm giáo sư Toán tại Đại học Stanford.[15]

Các lĩnh vực nghiên cứu của bà bao gồm lý thuyết Teichmüller, hình học hyperbolic, lý thuyết Ergodic và hình học simplectic. Bà có những đóng góp nền tảng và quan trọng trong hình học và lý thuyết các hệ động lực. Các công trình nghiên cứu của bà về diện Riemman và các không gian moduli của chúng móc nối và tác động đến nhiều chuyên ngành toán học như hình học hyperbolic, giải tích phức, tô pô và hệ động lực.