Fils d’un joueur professionnel de football, Vilmos Zsigmond s’intéresse très tôt au cinéma, encouragé par ses parents. En faisant ses classes à l’Université d'art dramatique et cinématographique de Budapest, il se noue d’amitié avec un autre chef opérateur de renom : László Kovács. Ensemble, les deux camarades filmeront clandestinement l’arrivée de l’armée russe dans la capitale hongroise en 1956. Ils tirent de leurs prises de vues un documentaire intitulé "La Hongrie s’enflamme", dont les rushs seront réutilisés quelques décennies plus tard par la chaîne américaine CBS, dans un documentaire sur la révolution hongroise.

Après avoir fui son pays natal par la frontière autrichienne, Vilmos Zsigmond et László Kovács trouvent refuge aux Etats-Unis. Zsigmond obtient la nationalité américaine cinq ans plus tard.

En tant que chef opérateur, il imprime une marque indélébile au Nouvel Hollywood, avec son sens avant-gardiste de la photo, improvisant des procédés techniques inédits pour ternir les couleurs en exposant la pellicule à la lumière avant tournage. Parmi les cinéastes avec lesquels il a collaboré, on retrouve bien entendu les noms cités précédemment, mais aussi Mark Rydell (The Rose), Jack Nicholson (Two Jakes), Sean Penn (Crossing Guard), Richard Donner (Maverick, Assassins), Kevin Smith (Père et fille), Woody Allen (Melinda et Melinda, Le Rêve de Cassandre, Vous allez rencontrer un bel et sombre inconnu) et, bien entendu, Brian de Palma avec lequel il a travaillé à quatre reprises, d'Obsession en 1976 au Dahlia Noir en 2006.

Son travail a souvent été récompensé par la profession. La première des quatre nominations aux Oscars de sa carrière lui fait gagner une statuette en 1978 qu’il ne remportera pas l’année suivante pour Voyage au bout de l’Enfer. Il se console tout de même avec un BAFTA. En 1999, ses pairs de l’American Society of Cinematographers lui décernent un prix pour l’ensemble de sa carrière.

Vilmos Zsigmond s'est, sur le tard, essayé à la série télévisée avec The Mindy Project. Il s'éteint à son domicile, âgé de 85 ans, le 1er janvier 2016.