Ngay từ khi là học sinh trường Farzanegan thuộc Tổ chức Quốc gia về Phát triển tài năng vượt trội (NODET), tại Tehran, Iran, Mirzakhani đã đạt được giải thi toán cũng như 1994 và 1995 huy chương vàng giải Olympic Toán Quốc tế. Năm 1999, bà nhận bằng Cử nhân Toán học của Đại học Công nghệ Sharif ở Tehran, Iran. Mirzakhani lấy bằng tiến sĩ về đề tài Simple Geodesics on Hyperbolic Surfaces and Volume of the Moduli Space of Curves[8] tại Đại học Harvard vào năm 2004, dưới sự hướng dẫn của Curtis McMullen, giáo sư toán Đại học Harvard được trao huân chương Fields năm 1998. Bà kết hôn với nhà toán học Jan Vondrák, người Séc, (* 1974, làm việc tại IBM Almaden Research Center ở San Jose, CA)[9] và có chung với ông ta một người con gái (* 2011).[10]

Mirzakhani được chẩn đoán mắc ung thư vú vào năm 2013.[11] Sau bốn năm, khối u di căn vào tủy xương.[12] Bà qua đời vào ngày 15 tháng 7 năm 2017.[13]