Родилась 13 июня 1955 г. в Риге (Латвийская ССР, ныне Латвийская Республика). Ее отец был кинооператором, во время Великой Отечественной войны работал на фронте, в 1945 г. принимал участие в съемках Потсдамской конференции.
В 1977 г. Зельфира Трегулова окончила искусствоведческое отделение исторического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, в 1981 г. - аспирантуру вуза.
В 1984-1997 гг. работала во Всесоюзном художественно-производственном объединении Е. В. Вучетича (с 1993 г. - "Вуарт-ВХПО") координатором и куратором международных выставок русского искусства за рубежом, в последние годы - в качестве помощника генерального директора.
В 1993-1994 гг. в течение полугода проходила стажировку в Музее Соломона Р. Гуггенхайма в Нью-Йорке (США).
В 1998-2000 гг. Зельфира Трегулова работала заведующей отделом зарубежных связей и выставок в Государственном музее изобразительных искусств им А. С. Пушкина.
В 2002-2013 гг. - заместитель генерального директора по выставочной работе и международным связям музеев Московского Кремля.
В 2013-2015 гг. - директор Государственного музейно-выставочного объединения "РОСИЗО".
Была куратором крупных международных выставок в ведущих музеях России и мира. В их числе: "Амазонки авангарда" (Берлин - Бильбао - Венеция - Нью-Йорк - Лондон, 1999-2000), "Художники "Бубнового валета" (Монте-Карло, 2004), "Россия!" (Нью-Йорк - Бильбао, 2005), "Красноармейская студия" (Москва, 2008), "Удиви меня!" (совместно с Джоном Боултом; Монте-Карло, 2009), "Социалистические реализмы" (Рим, 2011), "Казимир Малевич и русский авангард" (Амстердам - Лондон - Бонн, 2013-2014).
С 10 февраля 2015 г. по 9 февраля 2023 г. - генеральный директор Государственной Третьяковской галереи. За время ее руководства в музее был проведен ряд выставок произведений видных русских художников, пользовавшихся большим успехом. В частности, состоялись выставки Валентина Серова (2015-2016, 486 тыс. посетителей), Ивана Айвазовского (2016, 598 тыс.), Василия Верещагина (2018, 317 тыс.), Архипа Куинджи (2018-2019, 385 тыс.), Ильи Репина (2019, 601 тыс.), Василия Поленова (2019-2020, 440 тыс.). Однако в музее также произошел ряд громких инцидентов. В частности, 25 мая 2018 г. была повреждена картина Ильи Репина "Иван Грозный и сын его Иван 16 ноября 1581 года", а 27 января 2019 г. с выставки произведений Архипа Куинджи была похищена картина "Ай-Петри. Крым" (она была найдена, а злоумышленник задержан). 11 февраля 2019 г. министр культуры РФ Владимир Мединский объявил Зельфире Трегуловой выговор "за нарушения действующих инструкций по учету и хранению музейных ценностей и приказа Минкультуры "Об утверждении типовых требований по инженерно-технической укрепленности и оборудованию техническими средствами охраны учреждений культуры, расположенных в зданиях - памятниках истории и культуры".
Зельфира Трегулова проводит занятия в рамках образовательной программы "Арт-менеджмент и галерейный бизнес" бизнес-школы RMA (Москва), преподает в Высшей школе культурной политики и управления в гуманитарной сфере Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Член Совета по культуре и искусству при президенте РФ. Ранее входила в состав общественного совета при Министерстве культуры России.
Член попечительского совета благотворительного фонда "Транссоюз", совета Российского фонда культуры.
В 2018 г. являлась доверенным лицом кандидата на пост президента РФ Владимира Путина и кандидата на пост мэра Москвы Сергея Собянина.
В 2020 г. входила в состав рабочей группы по подготовке предложений о внесении поправок в Конституцию РФ.
В апреле 2023 г. вошла в совет фонда "Общество содействия искусству".
Зельфира Трегулова награждена орденами Звезды Италии (2012), Франциска Скорины (Белоруссия, 2018), Дружбы (Узбекистан, 2022).
Лауреат премии правительства РФ в области культуры 2017 г. (за выставочный проект Государственной Третьяковской галереи "Валентин Серов. К 150-летию со дня рождения").
Автор книги "Шедевры Третьяковки. Личный взгляд" (2023).
Владеет английским, французским, немецким и итальянским языками.
Жизни и деятельности Зельфиры Трегуловой посвящен один из выпусков телевизионного цикла "Линия жизни" (2017, ВГТРК).