Zoe Saldana est née aux Etats-Unis, de parents originaires de République Dominicaine. Elle retournera d'ailleurs vivre dans ce pays à la mort de son père, à l'âge de 10 ans. Elle y vivra sept ans, où elle intègrera une école de ballet. Elle retourne aux Etats-Unis, à New-York, à l'âge de 17 ans; elle y intégre une groupe de théâtre de danse. Cette expérience la ferra remarquer, et lui permettra d'obtenir un premier rôle au cinéma dans Danse ta vie, en 2000.
En 2002, elle se retrouve à l'affiche de Crossroads, où elle donne la réplique à Britney Spears, alors au sommet de sa gloire. L'année suivante, elle joue une pirate dans Pirates des Caraïbes, la malédiction du Black Pearl. En 2004, c'est Steven Spielberg qui fait appel à elle pour son Terminal.
En 2005, elle est en tête d'affiche de Black/White, remake inversé du classique de 1968 Devine qui vient dîner ? (de Stanley Kramer).
Mais c'est en 2009 qu'elle crève littéralement l'écran, en tenant les premiers rôles féminins de deux des plus gros succès de l'année, à savoir le Star Trek de J.J. Abrams, et Avatar de James Cameron.