Estudià a la Universitat d’Alexandria i es doctorà el 1974 a la Universitat de Pennsilvània (EUA). Exercí com a professor a la Universitat de Berkeley (Califòrnia) i després s’incorporà a l’Institut de Tecnologia de Califòrnia (Caltech). Rebé el premi Nobel de química l’any 1999 per les seves aportacions a l’estudi dels mecanismes de les reaccions químiques.
Zewail mostrà que és possible, amb tècniques ràpides de làser, mostrar com es mouen els àtoms en una molècula durant una reacció química. Utilitzant dispositius que donen impulsos de llum làser d’una durada extremament curta, de femtosegons (1 fs = 10-15), comparable al temps d’una reacció, obté “imatges” (espectres) de l’evolució molecular de la reacció. Amb aquest sistema, Zewail eliminà la barrera temporal que impedia el seguiment dels processos químics més ràpids, una aportació essencial per a la comprensió del funcionament de molts catalitzadors i de molts processos biològics i per al disseny molecular de fàrmacs o de dispositius electrònics.