Brzeziński föddes i Warszawa som son till en diplomat och tillbringade en del av sin barndom i Frankrike och Tyskland innan han flyttade med sin familj till Kanada. Han studerade på McGill University där han tog en Bachelor of Arts1949 och en Master of Arts1950. 1953 erhöll han doktorsgrad i statsvetenskap på Harvard där han också kom att vara lärare. 1960 flyttade han över till Columbia University där han tog över ledningen av det nygrundade institutet för kommunistiska angelägenheter (Institute on Communist Affairs). I slutet av sitt liv var han knuten till Johns Hopkins University i Washington, D.C.
Brzeziński blev amerikansk medborgare 1958. På 1960-talet var han rådgivare i Kennedy- och Johnson-regeringarna. Under Johnsons sista år som president var han utrikespolitisk rådgivare till Hubert Humphrey. 1973 blev Brzezinski den första ledaren för den så kallade trilaterala kommissionen, en grupp av prominenta politiska, akademiska och ekonomiska ledare från USA, Västeuropa och Japan. Gruppens mål var att stärka relationerna mellan dessa regioner. Den kommande amerikanska presidenten Jimmy Carter var medlem och när han 1974 offentliggjorde sin presidentkandidatur blev Brzeziński, kritiker av Nixon-Kissingers utrikespolitik, hans rådgivare i utrikespolitiska frågor.
Efter sin seger 1976 gjorde Carter så Brzeziński till sin nationella säkerhetsrådgivare. Brzeziński fick som Jimmy Carters säkerhetsrådgivare (1977-1981) ett rykte om sig som "hårding" (Hardliner), framförallt i sin politik gentemot Sovjetunionen.