Zhang Ziyi lahir dan besar di Beijing, Cina. Sebagai seorang anak, dia mengejar minatnya dalam tarian dan senam. Pada usia 11, ia diterima di sekolah menengah yang berafiliasi dengan Beijing Dance College yang bergengsi. Zhang mendapat penghargaan yang tak terhitung jumlahnya di sekolah, tetapi menjadi frustrasi dengan tekanan. Pada usia 15, Zhang memilih untuk fokus pada akting, dan mendaftar di Akademi Drama Pusat Beijing yang terkenal.
Pada tahun 2000, Zhang mendapat peran penting sebagai Jen Yu yang keras kepala dalam film Ang Lee, Crouching Tiger, Hidden Dragon. Film ini karena sangat sukses di dalam negeri maupun internasional, dan mendapat Penghargaan Aktris Pendukung Terbaik Zhang untuk festival Independent Spirit dan Toronto Film Critics.
Penampilan pertamanya di film Amerika adalah pada Rush Hour 2 tahun 2001, dibintangi oleh Chris Tucker dan Jackie Chan. Karya-karyanya yang paling kritis diakui adalah Memoirs of a Geisha (2005), yang mendapatkan nominasi untuk Golden Globe Award untuk Aktris Terbaik - Drama Film, BAFTA Award untuk Aktris Terbaik dalam Peran Utama, dan Screen Actors Guild Award for Outstanding Penampilan oleh Aktor Wanita dalam Peran Utama; dan The Grandmaster (2013), di mana ia memenangkan 12 penghargaan Aktris Terbaik yang berbeda untuk menjadi aktris yang paling dianugerahi untuk satu film.
Dari 2004 hingga 2010, Zhang masuk dalam daftar 5 Besar Forbes China Celebrity 100 setiap tahun. Pada 2008, ia dianugerahi penghargaan Outstanding Contribution to Chinese Cinema di Shanghai International Film Festival ke-11. Pada 2013, ia menerima Ordo Kebudayaan Prancis di Ordre des Arts et des Lettres.
Zhang baru-baru ini muncul dalam film Netflix yang diproduksi JJ Abrams, The Cloverfield Paradox (2018). Dia akan membintangi film Godzilla 2019 mendatang: King of the Monsters, sekuel dari film waralaba reboot Godzilla.
