Durante gli studi di giurisprudenza si occupa di teatro a Roma, si accosta poi al cinema alla fine degli anni Quaranta con alcuni cortometraggi ( Storia di un quartiere, 1950; Il blues della domenica, 1952; Soldati in città, 1954). Dopo una serie di documentari, esordì con il lungometraggio Le ragazze di San Frediano (1955) da un racconto di V. Pratolini, ma soltanto in Estate violenta (1959), su una complicata storia d'amore nell'Italia del secondo dopoguerra, e La ragazza con la valigia (1961), sulla complessa relazione tra due giovani dall'animo profondamente diverso, si ritagliò un posto di psicologo della donna e della gioventù. Con Cronaca familiare (1962), sempre da Pratolini, compose a colori un'opera figurativamente equilibrata e un'elegia dei sentimenti, vincendo il Leone d'oro a Venezia (ex-aequo con L'infanzia di Ivan di A. Tarkovskij). Né Le soldatesse (1965), dal romanzo di U. Pirro sulle prostitute di guerra, né Seduto alla sua destra (1968), su un dramma del colonialismo in chiave evangelica, erano nelle sue corde; mentre in La prima notte di quiete (1972) il recupero della sua tematica non gli è riuscito per eccesso melodrammatico. Più felice la direzione di un cast maschile internazionale, in un'atmosfera suggestiva che riconfema il gusto di Z. per la sintonia tra cinema e letteratura, per Il deserto dei tartari (1976) dal romanzo di D. Buzzati. Nei suoi film spicca la raffinatezza del gusto figurativo e le accurate inquadrature. Negli ultimi anni della sua vita è stato insegnante al Centro Sperimentale di Cinematografia.