Zagier wurde 1951 in Heidelberg als Sohn amerikanischer Eltern geboren und wuchs in den USA auf. Er bestand im Alter von 13 Jahren sein Abitur. Er studierte am MIT Mathematik und Physik und wurde 1967 – im Alter von 16 Jahren – Putnam Fellow (im Jahr zuvor gewann er den ersten Preis in der Mathematik-Olympiade). 1968 erhielt er den B.A., ging dann an die Oxford University und an die Universität Bonn, wo er bei Friedrich Hirzebruch im Alter von 20 Jahren promoviert wurde (offiziell in Oxford). Nach zweijährigem Aufenthalt an der ETH Zürich und am IHES in Bures-sur-Yvette bei Paris kam er 1974 nach Bonn, habilitierte sich 1975 und wurde 1976 Deutschlands jüngster Professor. 1984 wurde er als Wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck-Gesellschaft an das Max-Planck-Institut für Mathematik in Bonn berufen, wo er 1995 zum Direktor ernannt wurde. Von 1979 bis 1990 war er gleichzeitig Professor an der University of Maryland und danach bis 2001 Professor an der Universität Utrecht. 2000 bis 2014 war er Professor am Collège de France in Paris.
Mit Benedikt Gross löste er 1986 das allgemeine Klassenzahlproblemimaginärquadratischer Zahlkörper von Gauß, indem sie (aufbauend auf einer Idee von Dorian Goldfeld (1976), die einen Zusammenhang mit der Theorie der L-Funktionenelliptischer Kurven herstellte) eine im Prinzip effektive Methode angaben, die Liste der imaginär quadratischen Klassenkörper mit einer bestimmten Klassenanzahl anzugeben. Der Spezialfall der Klassenzahl 1 (bei dem die Primfaktorzerlegung eindeutig ist, und den C. F. Gauß ursprünglich behandelt hatte) war schon von Kurt Heegner und Harold Stark bewiesen worden. In ihrer Arbeit gaben Gross und Zagier auch eine Teillösung der Vermutung von Birch und Swinnerton-Dyer (Ordnung der Nullstelle der L-Funktion einer elliptischen Kurve ist gleich dem Rang der „additiven“ Gruppe der rationalen Punkte auf der Kurve). Sie bewiesen, dass der Rang der Gruppe der rationalen Punkte mindestens 1 ist, falls die Ordnung der Nullstelle gleich 1 ist.
Mit Harer bewies er eine Vermutung über die Euler-Charakteristik der ModulräumeRiemannscher Flächen vom Geschlecht, die danach gleich dem Wert der Riemannschen Zetafunktion bei ist. Dabei studierte er auch die Kombinatorik der Zellenzerlegung dieser Modulräume. Diese Arbeit hat auch Anwendungen in der Stringtheorie (wo die Störungstheorie zur Betrachtung Riemannscher Flächen beliebig hohen Geschlechts führt, auf denen die fundamentalen Teilchen als Eichfelder bzw. Spinorfelder definiert sind).
Zetafunktion und quadratische Körper, Springer 1981
Die ersten 50 Millionen Primzahlen (Antrittsvorlesung Bonn), in englischer Übersetzung erschienen in: Mathematical Intelligencer, Volume 1, Issue 2 Supplement, August 1977, S. 7–19, doi:10.1007/BF03039306; auch in: „Mathematische Miniaturen“, Band 1, 1980, doi:10.1007/978-3-0348-5407-8_3 sowie: Elemente der Mathematik (Beihefte zur Zeitschrift), Band 15 (1977), doi:10.5169/seals-10209 (frei zugänglich).
The Birch-Swinnerton-Dyer conjecture from a naive point of view, in van der Geer, Oort, Steenbrink Hrsg. „Arithmetic algebraic geometry“, 1991
Polylogarithms, Dedekind Zetafunctions and the algebraic K-theory of fields, ibid.
Elliptische Kurven – Fortschritte und Anwendungen, Jahresbericht DMV, Band 92 (1990), S. 58–76, online
Introduction to Modular forms, in Michel Waldschmidt, Claude Itzykson, Jean-Marc Luck, Pierre Moussa (Herausgeber): Number Theory and Physics, Les Houches 1989, Springer 1992
Modular points, modular curves, modular surfaces and modular forms, Arbeitstagung Bonn 1984, Springer Lecture Notes in mathematics
mit Martin EichlerTheory of Jacobi forms Birkhäuser 1985
L-series of Elliptic curves, the Birch-Swinnerton-Dyer conjecture and the class number problem of Gauss, Notices of the American Mathematical Society 1984
mit Friedrich HirzebruchThe Atiyah-Singer Theorem and elementary number theory, Publish or Perish, 1974
mit Friedrich Hirzebruch: Classification of Hilbert modular surfaces, in: W. L. Baily, T. Shioda (Hrsg.): Complex analysis and algebraic geometry, Cambridge University Press, 1977, S. 43–77, Online.
mit Göttsche Jacobiforms and the structure of Donaldson invariants for 4 manifolds with b+=1, Selecta Mathematica 1998, S. 69
Equivariant Pontrjagin classes and applications to orbit spaces, Springer 1972
mit J.Lewis Period functions for Maass wave forms, Annals of Mathematics Bd. 153, 2001, S. 191
mit Maxim KontsevichPeriods, in „Mathematics unlimited – 2000 and beyond“, Springer 2001, pdf
Values of zeta functions and their application, in Joseph, First European congress of Mathematics, Paris 1992, Bd. 2