Zernike var son till Carl Fredrik August Zernike och Antje Dieperink. Båda föräldrarna var lärare i matematik, och han delade speciellt sin fars passion för fysik. Han studerade kemi (huvudämne), matematik och fysik vid universitetet i Amsterdam. År 1912 tilldelades han ett pris för sitt arbete med opalescens i gaser.
År 1913 blev Zernike assistent till Jacobus Cornelius Kapteyn vid astronomiska laboratoriet universitetet i Groningen och 1914 var han ansvarig tillsammans med Leonard Salomon Ornstein för härledning av Ornstein-Zernike-ekvationen i kritisk punkt-teori. År 1915 fick han en tjänst inom teoretisk fysik vid samma universitet och 1920 befordrades han till professor i teoretisk fysik.
År 1930 forskade Zernike om spektrallinjer och upptäckte att de så kallade streckade linjer, som uppträder till vänster och höger om varje primär linje i spektra skapas med hjälp av ett diffraktionsgitter, och har sin fas förskjuten från den primära linjen med 90 grader. Det var på en fysik- och medicinkongress i Wageningen 1933 som Zernike första gången beskrev sin faskontrastteknik för mikroskopi. Han utökade sin metod till att testa figurer i konkava speglar. Hans upptäckt lade grunden till det första faskontrastmikroskopet, som byggdes under andra världskriget.
^ [ab] KNAW historisk medlemslista, KNAW-nummer: PE00004022, läst: 9 oktober 2017.[källa från Wikidata]
^ [abcde] Catalogus Professorum Academiae Groninganae, Catalogus Professorum Academiae Groninganae-ID: 186, läst: 12 november 2019.[källa från Wikidata]
^ [ab] Aleksandr M. Prochorov (red.), ”Цернике Фриц”, Большая советская энциклопедия : [в 30 т.], tredje utgåvan, Stora ryska encyklopedin, 1969, läst: 28 september 2015.[källa från Wikidata]
^ [ab] Ivo Schöffer, J. Bosmans & Klaas van Berkel (red.), Biografisch Woordenboek van Nederland (BWN) 1880-2000, Instituut voor Nederlandse Geschiedenis, Biografisch Woordenboek van Nederland: 1880-2000 ID: bwn1/zernike, läs online, läst: 15 november 2021.[källa från Wikidata]
^läs online, royalsociety.org .[källa från Wikidata]