Elle est la fille du chanteur Lenny Kravitz et de l'actrice Lisa Bonet.
Zoë a vécu son enfance à l’abri des strass et des paillettes. Son père voulait qu’elle mène une vie normale. Mais elle a très vite été attirée par le monde du showbiz. Décidée à ne pas être uniquement la « fille de », Zoë s’est déjà fait remarquer en posant pour les magazines Elle et GQ, ainsi qu'en obtenant quelques petits rôles au cinéma dans A vif, où elle donne la réplique à Jodie Foster, et Le Goût de la vie avec Catherine Zeta-Jones et Aaron Eckhart.
Depuis 2013, elle suit les traces de son père dans la musique avec son groupe LOLAWOLF. Musique de style indé, elle commence peu à peu à se faire connaître. Fin 2014 elle assure la première partie de Miley Cyrus pour la tournée autralienne du Bangerz tour.
Elle a fréquenté l'acteur Ben Foster, puis en juin 2011, l'acteur Michael Fassbender, rencontré sur le tournage de X-Men : Le Commencement. Depuis 2011, elle est sortie avec Penn Badgley, un des acteurs principaux de la série Gossip Girl. Le 13 juin 2013, les médias annoncent qu'ils ont rompu, parce qu'ils préfèrent se consacrer à leurs carrières respectives.
C'est une très bonne amie de Jennifer Lawrence.
