Зоя Кайдановская родилась 5 ноября 1976 года в городе Москва. Ее отец - знаменитый актер Александр Кайдановский. Мать - не менее знаменитая актриса Евгения Симонова. Брак оказался непрочным, когда девочке было 4 года ее родители развелись.

Отчимом Зои стал режиссер Андрей Эшпай, за которого ее мать Евгения вышла замуж спустя три года после расставания с первым мужем. Фактически он заменил девочке отца, отношения с которым у нее возобновились лишь в подростковом возрасте. Также у Зои есть младшая сестра Мария, которую Зоя считает своей лучшей подругой.

В школе будущая актриса никогда не была отличницей, самыми нелюбимыми предметами были математика и литература. У девочки был превосходный слух, однако музыкой она так и не увлеклась. Знакомство с театральным режиссёром Борисом Гавриловичем Голубовским, стало важным событием в жизни актрисы. Будучи театральным педагогом, он взятл девочку на экспериментальный актерско-режиссерский курс, который вел в ГИТИСе.

Первый опыт будущая актриса получила еще во время учебы в ГИТИСе. Режиссер Владимир Алейников, предложил девочке принять участие в съемках своего фильма. Это была мистическая драма «Феофания, рисующая смерть», рассказывающая о периоде, когда на Руси стало распространяться христианство. В картине Зое досталась роль Насти, дочери главного героя.

На экспериментальном курсе, который вел Голубовский, Зоя так и не доучилась. Решение уйти приняла уже после третьего курса, так как сомневалась в том, что ей достаточно профессиональных навыков, приобретаемых во время учебы в ГИТИСе.В то же время отноршения Зои с родным отцом наладились, он рекомендовал ей стать студенткой Щукинского училища. Поступить в Щуку не удалось из-за натянутых отношений Александра Кайдановского с преподавателями училища. По совету отца и отчима Зоя вернулась в ГИТИС, стала заниматься в мастерской Кудряшова.

После получения диплома, в 1999 году два года проработала в Театре Эстрады. Самыми известными постановками с ее участием стали «Ваня и крокодил», «Жизнь налаживается». Также был опыт сотрудничества с Театром на Малой Бронной, там актриса получила роль в пьесе «Три высокие женщины».

В 2006 году актриса поступила в труппу Театра имени Маяковского, где ее первой остановкой стал спектакль «Шаткое равновесие», в нем Зоя исполнила роль Джулии. Затем последовала гоголевская «Женитьба», позже спектакли «На чемоданах», «Амуры в снегу», «Господин Пунтила и его слуга Матти» и другие.

В знаменитом сериале «Дети Арбата», режиссером которого стал ее отчим Андрей Эшпай, актриса воплотила образ Вики Марасевич. Позже актриса сыграла в других картинах Эшпая: «Многоточие», «Событие», «Иван Грозный», который оказался особенно успешным в котором актриса сыграла образ Елены Глинской. Также стоит выделить историческую драму "Элизиум", которая повествует о жизни поэтов Серебряного века, в частности, конфликт между поэтами Волошиным и Гумилевым. К сожалению, данная работа так и не попала в широкий прокат.

Работы у других режиссеров: мистическая драма «Знаки любви», где Зоя играет таинственную ведьму Валерии, социальная драма «20 сигарет», где актрисе досталась роль секретарши Ольги. Номинацию на премию «Ника» актрисе принесли съемки в картине «Ничего личного». «Дом Солнца», «С чего начинается Родина», «Щенок», «Взрослые дочери» также другие известные фильмы и сериалы с участием Зои.