По происхождению — итальянец. Вырос в Южном Бронксе (Нью-Йорк, США), где ходил в одну школу (Monroe High School) со Стэнли Милгрэмом. Степень бакалавра получил в Бруклинском колледже, магистерскую и докторскую — в Йельском университете.
После работы в Нью-Йоркском университете Зимбардо получил должность профессора в Стэнфордском университете. В ходе проведённого им Стэнфордского тюремного эксперимента 24 обычных студента колледжа были случайным образом распределены на группы «заключённых» и «надзирателей» в оборудованной в подвале факультета психологии имитации тюрьмы. Было обнаружено, что участники игры очень быстро вживаются в свои роли, надзиратели начинают испытывать садистские эмоции и намерения, а заключённые — депрессию и безнадёжность. Хотя эксперимент был запланирован на две недели, он был прекращён досрочно, через шесть дней, по этическим соображениям.