Zara de Saint Hilaire a obtenu son doctorat ès sciences à l'Université de Genève en 1981.Spécialiste des mécanismes de régulation du sommeil, elle a collaboré durant plusieurs années avec le CNRS au Collège de France où elle a notamment mené des recherches sur le rôle du régime alimentaire et ses conséquences métaboliques dans la régulation des états de vigilance, ainsi que sur la microdialyse cérébrale et les états de vigilance.
Auteur de nombreuses publications sur les mécanismes de régulation de ces états de vigilance en relation avec les troubles de l'humeur, elle a notamment publié chez Plon un ouvrage intitulé Comment bien dormir, vaincre les troubles du sommeil.
Chercheur au laboratoire du sommeil du Département de neuropsychiatrie de Belle-Idée, Zara de Saint Hilaire consacre l'essentiel de ses travaux à la neurobiologie du sommeil. Elle mène actuellement des recherches orientées vers l'approche cognitive des troubles du sommeil et s'intéresse tout particulièrement au problème de l'insomnie chronique et de ses relations avec les traits de la personnalité. Un grand nombre de ses travaux l'amènent régulièrement à collaborer avec diverses divisions de la Faculté de psychologie et des sciences de l'éducation de l'Université de Genève.
Zara de Saint Hilaire occupe en outre une charge de tuteur à la Faculté de médecine dans le cadre de l'apprentissage par problèmes Elle est auteur du "Que Sais-je" consacré à l’insomnie