Зоуи Уонамейкър е родена през 1949 г. в Ню Йорк в артистично семейство, в което театърът и киното са ежедневие. Баща ѝ е американският режисьор Сам Уонамейкър, син на украинско-еврейски емигранти, а майка ѝ – канадската актриса Шарлот Холан, също с еврейски корени. Заради политическите гонения по време на „червената заплаха“ баща ѝ е включен в т.нар. черни списъци и семейството се установява във Великобритания, когато Зоуи е едва на три години. Новата държава се превръща в нейния истински дом, където расте и открива пътя към актьорството.
Образованието ѝ преминава в прогресивни училища в Лондон и Съмърсет, които насърчават творческото мислене. След кратък курс в колеж по изкуствата тя решава, че сцената е нейното място, и постъпва в Central School of Speech and Drama, където започва да изгражда своя характерен стил. В началото на 70-те години се потапя в театъра, а през 1976 г. става част от Royal Shakespeare Company – един от най-престижните театрални ансамбли в света. Там остава до 1984 г., като ролите ѝ в класически и съвременни пиеси я превръщат в една от водещите театрални актриси на своето поколение.
Първото ѝ голямо признание идва през 1979 г., когато печели „Оливие“ за ролята си в сатиричната пиеса Once in a Lifetime. Това е началото на дълга поредица от номинации – девет на брой – и общо две награди „Оливие“, които затвърждават името ѝ във британския театър. По това време все по-често се появява и на екран. През 80-те впечатлява в минисериала Edge of Darkness, в историческата драма Paradise Postponed и в биографични телевизионни филми, където умело сменя жанрове и роли.
През 90-те участва в поредица от силни продукции, включително в първия сезон на криминалната класика Prime Suspect, където ролята ѝ на Мойра Хенсън ѝ носи номинация за телевизионна награда на БАФТА. Продължава с интригуващи образи във филми като The Countess Alice и Wilde, където играе писателката Ада Левърсън. Нейното умение да съчетава драматична дълбочина с лек хумор я прави предпочитан избор както за силни поддържащи роли, така и за характерни персонажи в телевизионни драми.
Най-разпознаваемият ѝ телевизионен образ идва през 2000 г., когато става част от популярния ситком My Family. В ролята на Сюзън Харпър тя създава един от емблематичните комедийни персонажи на британската телевизия през новия век. Паралелно продължава да работи и в киното – появява се като мадам Хуч в Harry Potter and the Philosopher’s Stone и влиза в света на Doctor Who в образа на ексцентричната Лейди Касандра.
Ролята ѝ на писателката Ариадни Оливър в поредица филми за Пуаро я свързва трайно с творчеството на Агата Кристи, а мнозина я смятат за една от най-точните екранни интерпретации на този образ. Гласът ѝ става част и от популярната гейминг култура чрез персонажа Тереза от Fable II и последвалите игри.
През 2010-те продължава да впечатлява в киното и сериалите. Участва в My Week with Marilyn и се присъединява към драмата Mr Selfridge в ролята на княгиня Мария Вяземска де Болотоф. В историческата фантастика Britannia се превъплъщава в кралица Антедия – могъща и противоречива фигура, която бързо се превръща в една от централните за сюжета.
Днес Зоуи Уонамейкър остава активна както в телевизията, така и в театъра, като продължава да използва богатия си опит в нови роли и проекти. Нейното присъствие – комбинация от интелект, енергия и сценична дисциплина – я прави една от най-уважаваните и разпознаваеми актриси в британското театрално и телевизионно пространство.