Estudià amb J. Boda a la universitat estatal de Florida, i després, violí amb I. Galamian a Nova York. A la Juilliard School fou alumna d’E. Carter i R. Session. Com a violinista formà part de l’American Symphony Orchestra dirigida per Leopold Stokowski entre 1965 i 1972.
El 1975 fou la primera dona que obtingué un DMA en composició. Estrenà Symposium per a orquestra (1973), dirigida per P. Boulez, i String Quartet 1974 als ISCM World Music Days de Boston. Per la Symphony no. 1, estrenada el 1982 per l’American Composers Orquestra, rebé el Premi Pulitzer de música del 1983.
La forma musical de Zwilich es caracteritza per generar tota l’obra —l’estructura i el llenguatge melòdic i harmònic— a partir dels motius inicials. Tanmateix, en les seves últimes composicions el material motívic es tornà més simple, el seu desenvolupament més audible i el marc melòdic i harmònic cada vegada més tonal.
Al final dels anys vuitanta i al llarg dels noranta del segle XX emprà material tradicional amb estructures clàssiques, amb múltiples moviments i temes recurrents recognoscibles. Rebé encàrrecs de la New York Philharmonic Orchestra, com la Symphony no. 3 (1992).
És autora de cinc simfonies, nombrosos concerts i una extensa producció de cambra, i les seves obres han estat interpretades per la majoria de les principals orquestres nord-americanes. Qualificada de neoclàssica, està considerada com un dels compositors americans més interpretats i populars.
Ha estat distingida amb el premi Elizabeth Sprague Coolidge, amb l’elecció com a membre de l’American Academy of Arts and Letters i de l’American Academy of Arts and Sciences. El 1999 la institució Musical America la nomenà Compositora de l’Any, en reconeixement a la seva trajectòria i a la seva contribució a la música contemporània nord-americana.