Zeynep Değirmencioğlu 1954 yılında İstanbul'da doğdu. Beyazperdeye henüz iki yaşındayken Papatya filmiyle geçti.Daha sonra Duvaklı Göl, Funda gibi filmlerde, çocuk yıldız olarak göründü. Ama esas çıkışını 1960 yılında Ayşecik filmleri ile yaptı.
Filmleri yurt içinde olduğu kadar, özellikle komşu ülkelerde de aynı ilgiyi gördü. Çeşitli kuruluşların armağanlarını kazanan Değirmencioğlu, senaryo yazarı Hamdi Değirmencioğlu’nun kızı, kendisi gibi çocuk yaşta Yeşilçam filmlerinde rol almış olan ve Ömercik adı ile ünlenen Ömer Dönmez'in kuzenidir.
Sonraki yıllarda genç kız rollerine çıkarak Yeşilçam'daki ününü sürdürmeye devam eden Değirmencioğlu, dönemin Fenerbahçeli futbolcusu ve daha sonra Fenerbahçe SK yöneticilerinden Serkan Acar ile evlendikten sonra 1974 yılında rol aldığı Macera Yolu filminin ardından sinemayı bıraktı.
1990 yılından bu yana İstanbul'da emlakçılık yapan Zeynep Değirmencioğlu 2012 senesinde, İstanbul'un Fenerbahçe semtinde, kendi soyadını taşıyan Değirmencioğlu Kebap Ocakbaşı Restaurantını hizmete açmıştır.
2010 tarihinde eşi Serkan Acar'a şiddetli geçimsizlik nedeniyle boşanma davası açan Zeynep Değirmencioğlu 2013 yılında ise boşanmıştır. Bu evlilikten Erkan ve Volkan adında iki çocuğu bulunmaktadır.
