Родилась 14 мая 1929 г. в Ростове-на-Дону. Отец был пожарным, мать - домохозяйкой. В последующие годы семья несколько раз переезжала – сначала в Туапсе (Краснодарский край), далее в Новосибирск и Чебоксары (Чувашская республика).
С детства занималась творческой самодеятельностью. Во время Великой Отечественной войны в составе детского ансамбля песни и пляски приняла участие более чем в 900 концертах, проводившихся в госпиталях для раненых военнослужащих, за что была удостоена медали "За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.".
В 1951 г. Зинаида Шарко окончила актерский факультет Ленинградского театрального института им. А.Н. Островского (ныне - Российский государственный институт сценических искусств) по курсу Бориса Зона.
В 1950-1951 гг. проходила практику в Ленинградском областном гастрольном театре (ныне - Государственный драматический театр "На Литейном"), в 1951-1952 гг. была актрисой Ленинградской государственной эстрады (Ленинградское отделение Всероссийского гастрольно-концертного объединения; ныне - ГБУК "Петербург-Концерт"), в 1952-1956 гг. - актрисой Театра им. Ленсовета (ныне - Санкт-Петербургский государственный академический театр им. Ленсовета).
В 1956 г. по приглашению режиссера Георгия Товстоногова стала актрисой Ленинградского академического Большого драматический театра им. М. Горького (с 1992 г. - Российский государственный академический Большой драматический театр им. Г.А. Товстоногова), в котором проработала 60 лет. За это время исполнила на его сцене более 40 ролей. Среди наиболее известных - Тамара в "Пяти вечерах" Александра Володина (первая исполнительница роли), Зинка в "Иркутской истории" Алексея Арбузова, Эмма Константиновна в "Перед ужином" Виктора Розова, Докдейзи в "Карьере Артуро Уи" Бертольта Брехта, Ольга в "Трех сестрах" Антона Чехова, Варя Иволгина в "Идиоте" по одноименному роману Федора Достоевского, Калерия и Ольга Алексеевна в "Дачниках" Максима Горького, Анна в "Последнем сроке" по одноименной повести Валентина Распутина, миссис Джиббс в "Нашем городке" Торнтона Уайлдера, Марфа Пестова в "Дворянском гнезде" по одноименному роману Ивана Тургенева, Сесилия Робсон в "Квартете" Рональда Харвуда и др.
Играла в антрепризах: "Жить можно" (моноспектакль) по пьесе Николая Коляды "Шерочка с машерочкой", "Владимирская площадь" Юрия Томашевского, "Старая дева" по пьесе Надежды Птушкиной "Пока она умирала", "Три высокие женщины" Эдварда Олби и др.
Зинаида Шарко также известна в качестве киноактрисы. Ее дебютной ролью стала работница почты в комедии Николая Досталя и Андрея Тутышкина "Мы с вами где-то встречались" (1954). В дальнейшем снималась в картинах "Старик Хоттабыч" по одноименной повести Лазаря Лагина (1956, Геннадий Казанский), "Долгие проводы" (1971, Кира Муратова - одна из самых известных ролей), "Собака на сене" по одноименной комедии Лопе де Вега (1977, Ян Фрид), "Фантазии Фарятьева" по одноименной пьесе Аллы Соколовой (1979, Илья Авербах), "Цирк сгорел, и клоуны разбежались" (1997, Владимир Бортко), "Сочинение ко Дню Победы" (1998, Сергей Урсуляк), "Луной был полон сад" (2000, Виталий Мельников), "Механическая сюита" (2001, Дмитрий Месхиев) и др.
Исполнила роли в телеспектаклях: "Кюхля" по одноименному роману Юрия Тынянова (1963, Александр Белинский), "Римские рассказы" по новеллам Альберто Моравиа (1965, Лев Цуцульковский), "Машенька" по одноименной пьесе Александра Афиногенова (1969, Иван Рассомахин), "Оловянные кольца" по одноименной пьесе Тамары Габбе (1983, Глеб Селянин), "Криминальный талант" по одноименной повести Станислава Родионова (1985, Ирина Сорокина) и др.
В общей сложности сыграла в более чем 50 фильмах и сериалах.
Зинаида Шарко скончалась в Санкт-Петербурге 4 августа 2016 г. в возрасте 87 лет. Похоронена 8 августа 2016 г. на Большеохтинском кладбище Санкт-Петербурга.
Народная артистка РСФСР (1980). Награждена орденами Дружбы (2004) и Почета (2009).
Лауреат международной премии им. К.С. Станиславского "За вклад в театральное искусство" (1997), высшей театральной премии Санкт-Петербурга "Золотой софит" (2001, 2006), национальной премии имени Е.А. Лебедева "За выдающийся вклад в развитие русского национального театрального искусства" (2008), российской театральной премии "Золотая маска" (2013, "За выдающийся вклад в развитие театрального искусства").
За роли в фильмах "Цирк сгорел, и клоуны разбежались" и "Сочинение ко Дню Победы" в 1998 г. была удостоена приза лучшей актрисе на кинофестивале "Кинотавр" (Сочи). За роль в фильме "Луной был полон сад" в 2000 г. получила награды кинофестивалей "Созвездие" (Архангельск) и "Киношок" (Анапа), в 2001 г. - кинофестиваля "Листопад" (Минск, Белоруссия) и Фестиваля русского кино (Онфлер, Франция), а также премии "Золотой овен" (2000) и "Ника" (2001).
В 2014 г. были изданы мемуары Зинаиды Шарко - "Мои анкетные данные".
Была дважды замужем. Первый супруг - режиссер Игорь Владимиров (1919-1999). Второй муж - актер Сергей Юрский (род. 1935). От первого брака - сын Иван (род. 1956), театральный декоратор.