À 11 ans, elle rejoint l'Université des études internationales de Shanghai, et à 15 ans, en 1994, l'Académie de danse de Pékin.
Mais à 18 ans, elle décide de devenir actrice.
Son premier film fut
The road home en 1999 qui obtint un Ours d'argent et le Prix du jury oecuménique du Festival du cinéma de Berlin en 2000.
Elle gagna encore en popularité grâce à son rôle dans
Tigre et dragon (2000). En 2001, elle joua aux côtés de
Jackie Chan et
Chris Tucker dans
Rush Hour 2. Cette année-là, elle est élue « plus belle femme du monde » par le magazine People.
En 2005, elle interprète la geisha Sayuri dans le film Mémoires d'une geisha de l'américain
Rob Marshall, aux côtés de
Gong Li et
Michelle Yeoh. Le fait que des Chinoises incarnent ces mythiques femmes fut d'ailleurs considéré comme un sacrilège au Japon et en Chine. La diffusion officielle du film ne fut pas autorisée en Chine continentale ; il existe plusieurs éditions piratées en DVD, qui ont eu un grand succès.
Peu de temps après ses débuts d'actrice avec
Zhang Yimou dans
The Road Home, des rumeurs sont apparues concernant une affaire possible entre l'actrice et l'ancien directeur.
Zhang Yimou a déjà été impliqué dans une affaire extra-conjugale avec l'actrice
Gong Li, avec qui Zhang Ziyi a rapidement été comparé. Cependant, aucunes relations entre ces deux personnes ont été confirmées.
Ziyi a déclaré dans un interview que si elle n'était pas devenue actrice, elle aurait aimé être une enseignante à la maternelle, car elle aime beaucoup les enfants.
Zhang est fiancé avec Aviv Nevo, celui-ci a déjà eu une relation avec Kate Moss.