Mirzakhani se narodil v květnu 1977 v íránském Teheránu. Na střední škole ji bavila matematika a hlavolamy. Bakalářský titul získala na Šarífově technické univerzitě v Teheránu. Mirzakhaniová poté odešla na Harvard, kde v roce 2004 získala doktorát.
Na střední škole Mirzakhani objevila své nadání pro matematiku. Rozhodla se přehodnotit své profesní cíle. To jí umožnil její ředitel. Její ředitel se snažil dát ženám stejné šance na úspěch jako mužům.
Mirzakhaniová dostávala také dodatečné úkoly z matematiky, což jí umožnilo přístup do univerzitních laboratoří. Mohla také sama studovat v knihovně. Toto privilegium se dostalo jen několika málo lidem.
Mirzakhaniové byla v roce 2013 diagnostikována rakovina prsu. Na rakovinu zemřela 14. července 2017 v kalifornském Palo Altu ve věku 40 let.