Родилась 28 декабря 1936 г. в Баку (Азербайджанская ССР, ныне Азербайджанская Республика).
В 1961 г. окончила Бакинское музыкальное училище им. Асафа Зейналлы. Певческий голос - сопрано.
С 1961 г. Зейнаб Ханларова являлась солисткой Азербайджанской государственной филармонии им. Муслима Магомаева. Также выступала в Азербайджанском театре оперы и балета им. Мирзы Ахундова (ныне Азербайджанский государственный академический театр оперы и балета).
Зейнаб Ханларова получила широкую известность в качестве исполнительницы мугамов (вокально-инструментальных пьес, традиционных для народной и профессиональной музыки Азербайджана). В их числе: "Чаргях", "Гатар", "Хумаюн", "Шахназ".
Исполняла песни на музыку Тофика Кулиева, Арифа Меликова, Кара Караева и других известных азербайджанских композиторов. Репертуар артистки также включал песни на русском, арабском, грузинском и др. языках.
С 1985 по 1991 г. Зейнаб Ханларова являлась депутатом Верховного совета Азербайджанской ССР XI и XII созывов.
C 1990-х гг. по 2020 г. была депутатом Милли меджлиса (однопалатного парламента) Азербайджанской Республики.
Народная артистка СССР (1980).
Награждена орденами "Знак Почета" (1971), Дружбы народов (1986), азербайджанскими орденами "Слава" (1996), "Независимость" (2006), "Гейдар Алиев" (2016).
Лауреат Государственной премии Азербайджанской ССР (1988).
Замужем. Супруг - Селим Бабаев. Сыновья - Рамин и Рамал.