Zvjezdan commence sa carrière en 2002 au Bayern Munich. Ne jouant pas assez avec les Bavarois, il signe ensuite avec le VfL Bochum en 2004, club avec lequel il descend en seconde division en 2005-2006 avant une remontée immédiate en Bundesliga en 2006.
La saison suivante il prend la direction du FC Nuremberg où il ne reste qu'une seule saison en raison de la descente de l'équipe en seconde division. Il décide toutefois de rester en Bavière quand en 2008 Felix Magath le fait venir à Wolfsburg pour 4 millions d'euros. Dès sa première saison, en 2008-2009, il est champion d'Allemagne avec « les loups », grâce notamment à ses nombreuses passes décisives. Sa deuxième année est aussi très bonne avec 10 buts inscrits.
Avec l'arrivée de Diego au mercato 2010, il décide de quitter Wolfsburg pour rejoindre la Turquie. Le , il s'engage pour une durée de 4 ans avec le Galatasaray SK pour 7 millions d'euros. L’entraîneur Gheorghe Hagi le place pourtant bientôt dans l'équipe réserve.
En mars et après un début de saison décevant, Misimovic décide de quitter le club pour s'engager en faveur du Dinamo Moscou. Au début de , il signe pour trois saisons en faveur du club chinois de Guizhou Renhe. Le transfert est évalué à 3,5 millions d'euros. Il met un terme à sa carrière en 2017.
Il est le co-capitaine et le joueur bosnien le plus capé de la sélection. Il a notamment disputé la Coupe du monde 2014, la première de l'histoire de la Bosnie-Herzégovine.