1957 yılında istanbulun üsküdar ilçesinde doğdu. babası erkek berberi cevat işanç, annesi evhanımı süheyla işanç olan zuhal olcayın gerçek adı zuhal işanç idi. konservatuarda piyano öğretmeni olan teyzesinin teşviki ile ankaraya giderek tiyatro eğitimine başladı.
1976da ankara devlet konservatuvarı yüksek bölümünü bitirdi. aynı yıl sınıf arkadaşı selçuk yöntem ile evlendi. bir sene londrada eğitim gördü. üç yıl süren ilk evliliğinin ardından işadamı zafer olcay ile evlenen zuhal olcay, izmire yerleşti ve izmir devlet tiyatrosunda oyunculuğa başladı. 1981 yılında kızı ceren dünyaya geldi.
1983ten itibaren çeşitli televizyon yapımlarında rol aldı; ilk televizyon filmi olan sönmüş ocak'tan sonra parmak damgası adlı yapım ile tanındı. film festivallerinde aldığı ödüller ününü arttırdı.
sinema oyunculuğu ile birkite tiyatro oyunculuğunu da sürdüren olcay, 1986da martı'daki nina rolüyle avni dilligil tiyatro ödülü'nü, 1988de balkon 'daki irma rolüyle ankara sanat ödülünü kazandı. 1989`da evita müzikalinde evitayı oynadı. bu müzikaldeki başarısı üzerine şarkıcılık kariyeri başladı. dünden sonra, yarından önce adlı filmde şarkıları seslendiren olcay, daha sonra onno tunçun bestesi olan parçayı bir albümde seslendirdi.
zuhal olcay, 1989da sahte cennete veda adlı filmdeki rolüyle almanyada altın film şeridi en iyi kadın oyuncu ödülünü kazanarak uluslararası bir başarı elde etti.
1987de eşinden ayrılan olcay, üçüncü evliliğini 1992de londrada tiyatro oyuncusu haluk bilginer ile yaptı. aynı yıl indiana jones adlı hollywood yapımında eşi ile birlikte halide edip ile ismet beyi canlandırdılar. 1990da haluk bilginer ile birlikte tiyatro stüdyosu adlı özel tiyatronun kurucuları arasında yer aldı ve bu tiyatroda aldatma, kankardeşler, histeri, balkon gibi oyunlarda başrol üstlendi.
çeşitli siyasi eylemlere de katılan olcaya bakırköy belediye başkanı adaylığı teklif edildi.
üskürdarda kiralayıp restore etikleri tiyatro stüdyosunun 1996da yanması üzerine 1999da haluk bilginer ile birlikte oyun atölyesi'ni kurdu. olcay, oyun atölyesinin sahnelediği ilk oyun olan steven berkoffun dolu düşün boş konuş adlı oyunundaki rolüyle afife tiyatro ödülleri "en iyi komedi kadın oyuncusu" ödülü'nü aldı. çift, istanbulun moda semtinde bir apartmanı restore ederek oluşturduğu tiyatro mekanını 2002de açtı. zuhal olcay'ın bilginer ile olan evliliği 2004 yılında sona erdi.
müzik çalışmalarını önce vedat sakman, daha sonra bülent ortaçgil ile devam eden ve küçük bir öykü, 'iyisin gibi parçalarla müzik listelerine giren olcayın küçük bir öykü (1990), iki çift laf (1993), oyuncu (1996), ihanet (1998), başucu şarkıları (2001) ve başucu şarkıları-2 (2005) ve cengiz onural'la ortak çalışması olan hiçbiryerde isimli albümleri vardır.
