Родился композитор 26 декабря 1916 (8 января 1917 год)а в деревне Верхне-Серменево, (ныне - Серменево, Белорецкого района Башкортостана, Россия), в семье лесоруба. С ранних лет будущий композитор увлекался национальной музыкой, играл на курае.
Начал учиться в уфимском лесотехникуме, но вскоре башкирский драматический актёр А. Мубаряков пригласил его принять участие в работе драматического театра Уфы, где он по вечерам выступал в качестве кураиста, а днём обучался в музыкальной студии, открывшейся в Уфе (ок. 1936).
В 1937 году Исмагилов поступил учиться в башкирскую студию при МГК имени П. И. Чайковского.
Во время Великой Отечественной войны работал в Уфе, участвовал в концертах фронтовых бригад, писал песни патриотического содержания.
После завершения обучения в студии (1948), он заканчивает композиторский факультет по классу композиции В. Г. Фере (1954).
Произведения композитора исполнялись в России, бывших национальных республиках Союза (ныне СНГ) и за рубежом (Болгарии, Китае, Румынии, Северной Корее, Югославии, Эфиопии), постоянно издавались и записывались на грампластинках всесоюзной фирмы «Мелодия», имеются в фондовых записях Всесоюзного, башкирского радио и TV.
Творчество композитора масштабно. Огромный вклад З. Исмагилов внес в развитие национальной оперы, камерно-вокальной, хоровой и инструментальной музыки. Идейная направленность и тематика произведений созвучна времени и отражает гражданско-патриотическую, национальную направленность творчества, утверждающую темы дружбы и любви. В своем творчестве композитор продолжает развивать традиции классиков русской музыкальной культуры, их исторических и музыкально-драматических концепций (М. Глинки, М. Мусоргского, Н. Римского-Корсакова, А. Бородина).
Исмагилов тяготеет к национально-исторической тематике в операх, воплощению образов известных исторических личностей, выдвинувшихся из числа башкир, драматических и бытовых коллизий жизни простого человека. Среди них: историко-героическая опера «Салават Юлаев», повествующая о национальном герое, героико-эпические оперы «Послы Урала», затрагивающая тему воссоединения башкир с Россией, и «Кахым-туря», где героем является военачальник, под предводительством которого башкиры отважно сражались против Наполеона (1812). В центре оперы «Акмулла»- образ башкирского поэта-просветителя XIX века. К разновидности лирико-драматических сочинений относятся оперы «Шаура» и «Волны Агидели»; «Кодаса» («Свояченица») и «Алмакай» — бытовой музыкальной комедии.
Композитор внес значительный вклад в развитие жанра национальной хоровой кантаты, оратории, цикла («Я — россиянин», «Слово матери» и др.), симфонической музыки (Концерт и Концертино для фортепиано с оркестром, «Праздничная увертюра», Симфоническая сюита). Свыше 300 песен и романсов составляют камерно-вокальную сферу интересов композитора. Он является одним из ведущих композиторов-песенников, продолжающих развивать традиции русского романса и бытовой песни. В них нашли воплощение тонкие субъективно-лирические, настроения, зарисовки природы, юмористические жанровые сценки: «Лети, мой гнедой» (сл. Н. Идельбая), «Соловей» (Сл. Я.Кулмыя), «Котелок» (ст. Н. Наджми), «Чай грузинский, мед башкирский» (сл. С. Кудаша) и т. д.
Композитор выступает продолжателем музыкально-стилистических традиций романтизма, господствующей в его творчестве становится сфера лирической экспрессии в самых различных своих проявлениях. Музыкально-стилистической основой сочинений З. Исмагилова стал башкирский фольклор, определивший песенно-вокальную природу его творчества, диатонический склад мелодического мышления, синтезирующего пентатонику, натуральные диатонические лады и вариантно-вариационные приемы развития с европейской ладотональной системой, гармонией, полифонией.
Председатель Верховного Совета Башкирской АССР 6-8-го созывов.
Член Союза композиторов СССР с 1942 года. B 1941-44 годы ответственный секретарь, в 1954-78 годы - председатель союза композиторов Башкирской АССР, секретарь CК РСФСР (с 1960), первый ректор и создатель Уфимского института искусств (1968—1988), (профессор с 1977)
Произведения композитора исполнялись в СССР и за рубежом.
Главная особенность музыкальных произведений — тесная связь с башкирским музыкальным фольклором.
Скончался 30 мая 2003 года в Уфе после продолжительной болезни. Похоронен на Магометанском кладбище в Уфе.
В 2007 году был проведён первый Международный конкурс музыкантов — исполнителей имени Загира Исмагилова
При жизни композитора был открыт музей в деревне Серменево Белорецкого района.
Оперы «Волны Агидели» (1972), «Акмулла» (1986), «Салават Юлаев» (1955), «Послы Урала», «Кахым-туря», «Шаура».
Бытовые музыкальные комедии — «Кодаса» («Свояченица»), «Алмакай».
Совместно с Л. Б. Степановым участвовал в создании первого варианта балета «Журавлиная песнь» (1944).