Η Άλκη Ζέη γεννήθηκε στην Αθήνα. Σπούδασε στη Φιλοσοφική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών και στη δραματική σχολή του Εθνικού Ωδείου. Στην Κατοχή εντάχθηκε στην Αντίσταση και μετά το τέλος του εμφυλίου ταξίδεψε στην Ευρώπη. Το 1952 εγκαταστάθηκε στη Σοβιετική Ένωση, όπου σπούδασε στο Ινστιτούτο Κινηματογραφίας της Μόσχας. Επέστρεψε στην Ελλάδα το 1964, αλλά λόγω της Χούντας έφυγε πάλι, για το Παρίσι αυτή τη φορά.
Ασχολήθηκε με το γράψιμο από μικρή. Όταν ήταν μαθήτρια γυμνασίου, άρχισε να γράφει έργα για το κουκλοθέατρο. Ένας από τους χαρακτήρες που δημιούργησε, ο Κλούβιος, έγινε μετέπειτα ο γνωστός ήρωας του κουκλοθέατρου Αθηνών Μπάρμπα Μυτούσης. Συνέχισε το γράψιμο, δημοσιεύοντας σειρά διηγημάτων της στο νεανικό περιοδικό Νεανική Φωνή, που είχε ως συντακτική επιτροπή τον Μάριο Πλωρίτη, τον Τάσο Λιγνάδη και τον Κωστή Σκαλιώρα. Κατά την παραμονή της στη Σοβιετική Ένωση, γράφει διηγήματα και νουβέλες που τα στέλνει στην Ελλάδα και δημοσιεύονται στην Επιθεώρηση Τέχνης.
Στη Μόσχα έγραψε και το πρώτο της μυθιστόρημα, Το καπλάνι της βιτρίνας, ένα βιβλίο για παιδιά που θα εκδοθεί το 1966, περιγράφει τα παιδικά χρόνια της συγγραφέως στη Σάμο και είναι σχεδόν αυτοβιογραφικό. Θα ακολουθήσει Ο μεγάλος περίπατος του Πέτρου και πολλά βιβλία για νέους και παιδιά. Παντρεύτηκε τον θεατρικό συγγραφέα Γιώργο Σεβαστίκογλου. Το 1974 επέστρεψε στην Ελλάδα και συνεχίζει έκτοτε να γράφει ακούραστη βιβλία για παιδιά και μεγάλους. Η αρραβωνιαστικά του Αχιλλέα, το πρώτο της μυθιστόρημα για μεγάλους που κυκλοφόρησε το 1987, απέσπασε πολύ καλές κριτικές.
Τα βιβλία της, Το καπλάνι της βιτρίνας, Ο μεγάλος περίπατος του Πέτρου και Κοντά στις Ράγες, έχουν τιμηθεί με το αμερικανικό βραβείο MILDRED L. BATCHELDER, για το καλύτερο ξένο παιδικό βιβλίο. Το 1993, το βιβλίο της Θέατρο για παιδιά τιμήθηκε με το Κρατικό Βραβείο Παιδικού Βιβλίου, ενώ στη Γαλλία το 1994, μια ομάδα επίλεκτων κριτικών κατέταξε το βιβλίο της Το καπλάνι της βιτρίνας ανάμεσα στα 136 καλύτερα βιβλία των τελευταίων 20 χρόνων σ' όλο τον κόσμο.
Τα βιβλία της εκτός από τις καλές κριτικές και τα βραβεία που αποκόμισαν έχουν αγαπηθεί πολύ από το κοινό. Η απλότητα, η φυσικότητα στην επεξεργασία του βιώματος κυριαρχεί σε όλα της τα έργα, ανεξαρτήτως της ηλικιακής ομάδας την οποία απευθύνονται. Η ψυχολογική αρτιότητα των χαρακτήρων και η ένταση της πλοκής στο τελευταίο της μυθιστόρημα για νέους, Η Κωνσταντίνα και οι αράχνες της, οδήγησε κάποιους κριτικούς να το προτείνουν για βραβείο μυθιστορήματος. Η Άλκη Ζέη έχει επίσης ασχοληθεί συστηματικά με τη μετάφραση.