میرزاخانی پس از دریافت مدرک کارشناسی خود از دانشگاه صنعتی شریف در ایران، دوره دکتری خود را در دانشگاه هاروارد به پایان رساند؛ جایی که تحقیقات پیشگامانهای در هندسه انجام داد. او بعدها در دانشگاه پرینستون تدریس کرد و سپس در سال ۲۰۰۸ به دانشگاه استنفورد پیوست.