W 2010 wygłosiła wykład sekcyjny na Międzynarodowym Kongresie Matematyków.
Jej badania obejmowały przestrzeń Teichmüllera, geometrię hiperboliczną, hipotezę ergodyczną i geometrię symplektyczną. W 2014 roku została uhonorowana Medalem Fieldsa (jako pierwsza kobieta i jedyna Iranka w historii) za wkład w badania dynamiki i geometrii powierzchni Riemanna oraz przestrzeni moduli na tych powierzchniach.
Miała liczbę Erdősa równą 3.
W 2013 roku wykryto u niej raka piersi. W 2016 rak rozprzestrzenił się na kości i wątrobę. W czerwcu 2017 lekarze zdiagnozowali trzeci nawrót choroby. Nowotwór zaatakował tym razem szpik kostny kobiety, a jej stan szybko uległ pogorszeniu. Pomimo umieszczenia na oddziale intensywnej terapii 15 lipca 2017 roku Marjam Mirzachani zmarła w wieku 40 lat w wyniku choroby w szpitalu w Stanford.
Po jej śmierci kondolencje wyraził m.in. prezydent Iranu Hassan Rouhani, który złamał tabu, publikując jej zdjęcia bez hidżabu (podobnie uczyniły niektóre gazety).