Зинаидам  Кириенко родилась 9 июля 1933 года в Махачкале.После 7 класса поступила  в Московский железнодорожный техникум, затем училась в сельхозтехникуме. В 1958 году окончила ВГИК - курс Сергея Герасимова и Тамары Макаровой.

Первую роль в кино Зинаида Кириенко сыграла уже по окончании первого курса - в новелле «Надежда» у режиссера Сергея Герасимова.

К окончанию в 1958 году ВГИКа Зинаида Кириенко снялась еще в нескольких картинах. В фильме Юлия Солнцева «Поэмы о море» она сыграла Катерину, в драме Наума Трахтенберга «Сорока-воровка» – Анету, крепостную актрису князя Скалинского.

Широкую известность актрисе принесла роль Натальи в экранизации Герасимова «Тихого Дона». Пик популярности актрисы пришелся на конец 1950-х - начало 1960-х годов.

С 1959 по 1960 годы Кириенко работала в Московском драматическом театре на Малой Бронной.

С 1961 года - актриса Театра студии киноактера.

Одновременно с работой в театре актриса активно снималась в кино. Одна за другой выходили картины с ее участием: в 1959 году - драма Сергея Бондарчука «Судьба человека», в 1960 году - героическая кинопоэма Юлия Солнцева «Повесть пламенных лет», в 1961 году - мелодрама Василия Пронина «Казаки».

Затем в карьере актрисы наступил длительный перерыв. Кириенко долго не снимали. Эти годы она работала в Театре киноактера, где играла Катерину в «Грозе» Островского и Александру Перегонец в спектакле «Они были актерами».

Большую популярность актрисе принесла в 1974 году роль Ефросиньи Дерюгиной в фильме режиссёра Евгения Матвеева «Любовь земная».

Спустя три года актриса снялась в продолжении фильма «Любовь земная» - «Судьба». Следующие годы Кириенко снималась не очень часто, но регулярно. В 1976 году она сыграла мать Сани Григорьева в детском приключенческом фильме Евгения Карелова «Два капитана» (по роману Вениамина Каверина), в 1978 году - Рамазанову в детективе Альберта Мкртчяна «Лекарство против страха» и ряд других ролей.

В годы «перестройки» почти не снималась. Вернулась в кино в 1996 году, вновь в картине Евгения Матвеева, сыграв в мелодраме «Любить по-русски 2».

В 2002 году Киреенко снялась в фильме режиссера Игоря Масленникова «Письма к Эльзе».

Зинаида Киреенко - лауреат Государственной премии СССР (1979) - за исполнение роли Ефросиньи Дерюгиной. Народная артистка РСФСР (1979). Награждена Золотой медалью им. А. Довженко (1978).

Зинаида Киреенко известна также как исполнительница песен. Сотрудничает с поэтом Анатолием Поперечным, композитором Евгением Бедненко и другими. Выступает со сценическими вечерами, где читает стихи, исполняет романсы.

Кириенко - активный общественный деятель. Является членом президиума правления Центрального дома работников искусств, членом Совета гильдии актеров российского кино. Президент Фонда энциклопедии имени Шолохова.

В августе 2014 года в рамках международного фестиваля «Край света» Зинаида Михайловна в качестве почетного гостя посетила Сахалин.