Inizia a girare i suoi primi corti da adolescente, durante il liceo. Field of Honor, uno di questi, ottiene lo Student Academy Award come "miglior film studentesco", lanciando la carriera del giovane cineasta. Dopo il liceo si diploma alla University of Southern California School of Cinematic Arts, uno dei più importanti istituti di cinematografia degli USA.
L'anno successivo Zemeckis dà vita alla serie di Ritorno al futuro[2], con protagonisti Michael J. Fox e Christopher Lloyd. Il film gli vale la nomination all'Oscar per la "miglior sceneggiatura originale". Nonostante il grande successo, però, bisogna attendere quattro anni per veder continuare le gesta di Marty McFly e del Dr. Emmet Brown: nel 1989 e 1990 gira in successione i due sequelRitorno al futuro - Parte II e Ritorno al futuro - Parte III, che si rivelano due grandi successi al pari del primo film della trilogia.
In Cast Away (2000) torna ancora a lavorare con Tom Hanks, girando nel medesimo periodo anche Le verità nascoste con Harrison Ford e Michelle Pfeiffer (esperienza, quella di dirigere due film in contemporanea, ripetuta anche ai tempi di Ritorno al futuro - Parte II e Ritorno al futuro - Parte III).
Dopo questi lungometraggi non tornerà dietro la macchina da presa per quattro anni, fino al 2004, quando dirige il film d'animazione Polar Express. È il primo lungometraggio girato completamente in Performance Capture: grazie a questa speciale tecnica, nel film Tom Hanks ha la possibilità di interpretare tre personaggi diversi cambiando sempre aspetto grazie alla digitalizzazione ma mantenendo le sue movenze e le caratteristiche delle sue interpretazioni. Essendo l'intero film completamente creato in CGI, la macchina da presa può muoversi agilmente nello spazio, dando la possibilità a Zemeckis di girare lunghi piano-sequenza virtuosistici e inquadrature altrimenti impossibili.
Nel 2007 Zemeckis torna al cinema e alla Performance Capture con La leggenda di Beowulf, rivisitazione cupa e a tratti pulp del più lungo, e forse più antico poema in lingua inglese. Rispetto al suo predecessore, con La leggenda di Beowulf si ha un'evoluzione della tecnica della Performance Capture: le immagini risultano ancora più realistiche e, grazie a dei nuovi sensori applicabili sugli occhi, gli sguardi risultano più espressivi e parzialmente meno vitrei rispetto alle più comuni elaborazioni digitali. Anche in questo film la fantasia di Zemeckis e la nuova tecnica creano un mix ottimamente orchestrato: i personaggi invecchiano visibilmente grazie al digitale senza l'ausilio di lunghe ore in sala trucco e dispendi ulteriori dal punto di vista produttivo, inoltre l'attore che interpreta il ruolo di Beowulf, Ray Winstone, viene completamente trasformato e dotato di un fisico statuario che nella realtà non possiede assolutamente (venne infatti scelto da Zemeckis solo ed unicamente per il timbro vocale estremamente grave e fermo).
Lo stesso anno la Disney annuncia di aver affidato a Zemeckis una rivisitazione cinematografica del Canto di Natale di Charles Dickens (terza rielaborazione offerta dalla Disney del classico di Dickens dopo Canto di Natale di Topolino del 1983 e Festa in casa Muppet del 1992). A Christmas Carol vede la luce del proiettore nel dicembre del 2009 e anche qui il regista non rinuncia alla Performance Capture, ideale per rappresentare i folli voli di Ebenezer Scrooge (interpretato da Jim Carrey) sopra la Londravittoriana durante la notte di Natale. La tecnica si affina ulteriormente e permette una trasformazione radicale della fisionomia di Carrey rendendolo notevolmente più anziano e praticamente irriconoscibile nei panni del vecchio usuraio. Carrey interpreta, oltre al ruolo del protagonista, anche quello dei tre fantasmi del Natale (Passato, Presente e Futuro). A tratti cupo e generalmente fedele al racconto originale, A Christmas Carol ottiene un buon successo al botteghino grazie alle possibilità della narrazione e della messa in scena capace di interessare sia gli adulti che i bambini.
A giugno 2011 Zemeckis torna alla regia di un film live action (a undici anni da Cast Away): Flight, con Denzel Washington e John Goodman. Uscito nelle sale americane il 2 novembre 2012, e in quelle italiane il 24 gennaio 2013[3], il film riscuote un discreto successo di critica e pubblico.
Vita privata
Sostenitore del Partito Democratico statunitense[4], Zemeckis ha più volte sostenuto di aver sacrificato gran parte della sua gioventù per dedicarsi al proprio sogno di lavorare nel cinema. In un'intervista ha dichiarato: "A 44 anni vinsi un Premio Oscar, ma l'ho pagato sacrificando i miei vent'anni. Fino a 30 anni non ho fatto altro che lavorare, e basta."
Il 26 luglio 1980 ha sposato l'attrice Mary Ellen Trainor, da cui ha avuto un figlio, Alexander Francis. Zemeckis ha divorziato dalla moglie nel 2000 per sposare l'attrice Leslie Harter. Si sono sposati il 4 dicembre 2001 ed hanno avuto due figli, Zane e Rhys.
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