Чжан Цзыи родилась 9 февраля 1979 года в городе Пекин, Китай. Чжан поступила в Пекинскую Академию Танца в одиннадцать лет и в уже пятнадцать продолжила образование в Центральной Академии Драмы Китая, самом престижном актерском колледже в Китае. Когда родители Чжан посоветовали ей идти в академию танца, отнеслась к этому скептически. Пока была в школе-пансионе, заметила, какими злыми и язвительными были другие девочки в погоне за лидерством. Плакала каждую ночь и утро, и однажды убежала из школы.
В девятнадцать лет Чжан предложили роль в фильме Чжана Имоу «Дорога домой», который был удостоен награды «Серебряный медведь» на Берлинском фестивале 2000 года. Дальнейший творческий рост актрисе обеспечила ее роль Джен в феноменально удачной картине «Крадущийся тигр, спрятавшийся дракон» Энга Ли. За эту роль получила премию «Независимый Дух» за лучшую женскую роль второго плана и «Премию Ассоциации кинокритиков Торонто» как «Лучшая исполнительница женской роли второго плана».
Первым появлением Чжан в американском фильме была роль в фильме «Час пик 2», но из-за того, что она не говорила по-английски в то время, Джеки Чан вынужден был переводить все слова продюсера для нее. С тех пор стала усердно изучать английский, занимаясь по пять часов в день, и овладела им на хорошем уровне.
Затем актриса появилась в фильме «Герой» режиссера Чжана Имоу, который имел огромный успех в англоязычном мире, получил номинации на премии «Оскар» и «Золотой Глобус». Следующей работой стала роль в ангардной драме режиссёра Лу Йе «Пурпурная бабочка», которая участвовала в Каннском фестивале 2003 года. Затем вернулась к жанру боевых искусств с фильмом «Дом летающих кинжалов», за который получила награду Британской академии кинематографических и телевизионных искусств в номинации «Лучшая актриса».
В фильме Вонга Карвая под названием «2046», в котором принимали участие многие известные китайские актеры и актрисы из Тайвани, у Чжан была главная женская роль и за которую она получила «Награду Ассоциации Гонконгских кинокритиков» и «Награду Гонконгской академии кинематографических искусств» за лучшую женскую роль. Открыв свою причудливую музыкальную и танцевальную сторону личности, снялась в фильме «Принцесса-енот», режиссер фильма, Сейдзюн Судзуки, награжден на Каннском кинофестивале 2005 года.
В 2005 году Чжан играла главную роль Сайури в одноименном фильме, снятом по мотивам всемирно-известного бестселлера «Мемуары Гейши». За эту роль в 2006 году она получила премию «Золотой Глобус», а так же номинацию на «Премию Актерской Гильдии» и номинацию на премию «BAFTA».
Чжан Цзыи любит петь, исполнила саундтрэк к фильму «Дом летающих кинжалов» в своей собственной музыкальной версии древнего китайского этнического произведения «Песнь красоты». Осенью 2006 года Чжан играла Императрицу Ван в фильме «Банкет», фильм о династии Танг. Чжан озвучивала Карай в фильме «Черепашки Ниндзя», который вышел на экраны в 2007 году. Позже она появилась в фильме «Всадники» с Деннисом Куэйдом и Мэй Ланьфан.
С февраля 2015 года Чжан Цзыи помолвлена с музыкантом Ван Феном. У пары есть дочь.