Zemeckis și-a început cariera regizând filmele de comedie I Wanna Hold Your Hand (1978), Used Cars (1980) și Romancing the Stone (1984). A câștigat recunoaștere regizând trilogia de comedie science-fiction Înapoi în viitor (1985–1990), comedia fantastică Cine l-a învinuit pe Roger Rabbit (1988) și drama de comedie Forrest Gump (1994), aceasta din urmă câștigând Premii Oscar pentru Cel mai bun film și Cel mai bun regizor.
De asemenea, a regizat comedia neagră satirică Death Becomes Her (1992), filmul science fiction Contact (1997) și filmele dramatice Cast Away (2000), Flight (2012), The Walk (2015) și Allied (2016). Explorarea sa a tehnicilor de captură a mișcării poate fi observată în filmele animate The Polar Express (2004) și A Christmas Carol (2009), precum și în drama de fantezie acțiune Beowulf (2007) și drama Welcome to Marwen (2018). A colaborat cu compozitorul de film Alan Silvestri din 1984 și l-a regizat pe Tom Hanks în cinci filme.