Mumfords Vater war Angehöriger der UN seit deren Gründung 1945 und zog mit der Familie um die halbe Welt, die Mutter war US-Amerikanerin. Seit 1940 wuchs er in den USA in Long Island auf. David Mumford studierte ab 1953 an der Harvard University, wo er 1961 bei Oscar Zariskipromovierte. Er arbeitete dann als Dozent in Harvard und erhielt 1967 einen Lehrstuhl für Mathematik. 1981 bis 1984 leitete er das Department of Mathematics und zwischen 1991 und 1994 war er Vizepräsident der Universität. 1996 ging er an die Abteilung Angewandte Mathematik der Brown University.
Mumford arbeitete etwa zwischen 1959 und 1982 auf dem Gebiet der algebraischen Geometrie, wo er wichtige Beiträge leistete. Insbesondere beschäftigte er sich mit der Klassifikation von Kurven, Flächen und Abelschen Varietäten und entwickelte hierzu die geometrische Invariantentheorie. Technisch gesprochen geht es um die Konstruktion sogenannter Modulräume. Er setzte die Arbeit der italienischen Schule (Federigo Enriques u. a.) – im Sinne der mathematisch strengen algebraischen Formulierung seines Lehrers Oscar Zariski – zur Klassifikation algebraischer Flächen fort, insbesondere für Flächen über endlichen Körpern (Charakteristik p). Als Schüler von Alexander Grothendieck in Harvard benutzte er früh dessen Neuformulierung der algebraischen Geometrie und schrieb auch eines der wichtigsten Lehrbücher der Schema-Theorie. Gleichzeitig suchte er immer die Verbindung zu klassischen Resultaten z. B. der italienischen Schule.
Seit 1983 liegt sein Interesse in der Theorie des Sehens, ihn beschäftigt insbesondere das Bildverstehen (Computer Vision), die statistische Behandlung von Bildsignalen sowie Probleme der neuronalenBildverarbeitung. Die spezielle statistische Theorie in der Mumford arbeitet wird von ihrem Vater Ulf Grenander „pattern theory“ genannt. Mit Shah stellte er ein einfaches Modell für Bildsegmentation als Minimalisierung eines Energiefunktionals (das Kanten- und Flächendetektion und möglichst gute Übereinstimmung mit den Pixeldaten formalisiert) auf und formulierte die Mumford-Shah Vermutungen für dieses Modell.[2]
2002 schrieb er mit anderen ein mit zahlreichen Abbildungen versehenes, auch allgemeiner verständliches Buch über die teils fraktalen Figuren, die sich als invariante Grenzfiguren aus der wiederholten Anwendung der Transformationen Kleinscher Gruppen (diskrete Untergruppen von Möbiustransformationen) ergeben.
1962 war er Invited Speaker auf dem ICM in Stockholm (Projective invariants of projective structures and applications) und 1970 auf dem ICM in Nizza (The structure of the moduli space of curves and abelian varieties). 1992 hielt er einen Plenarvortrag auf dem ersten Europäischen Mathematikerkongress in Paris (Computer vision from a mathematical perspective) und 2002 ebenfalls einen Plenarvortrag auf dem Internationalen Mathematikerkongress in Peking (Pattern theory: the mathematics of perception). 2003/04 war er im ersten Abel-Preis-Komitee.[4] Seit 2016 ist er auswärtiges Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften.[5]
Lectures on curves on an algebraic surface (= Annals of Mathematics Studies. 59, ISSN0066-2313). With a section by G. M. Bergman. Princeton University Press, Princeton NJ 1966.
Abelian Varieties (= Tata Institute of Fundamental Research Studies in Mathematics. 5, ZDB-ID 2808653-3). Oxford University Press, Oxford u. a. 1970.
mit George Kempf, Finn Knudsen, Bernard Saint-Donat: Toroidal Embeddings 1 (= Lecture Notes in Mathematics. 339, 1). Springer, Berlin u. a. 1973, ISBN 3-540-06432-X.