Зои Френсис Томпсон Дойч родилась 10 ноября 1994 года в Лос-Анджелесе, Калифорния. Она является дочерью актрисы Лии Томпсон и режиссёра Говарда Дойча. Зои воспитывалась по принципам иудейской религии.

В 2010 году Дойч начала свою карьеру в сериале канала Disney Channel «Всё тип-топ, или Жизнь на борту».

С 2011 по 2012 год Зои приглашают на роль Джульетт Мартин в сериал «Двойник». В 2011 году она появилась в эпизоде телесериала ««Морская полиция: Спецотдел». Она также снялась в эпизоде сериала «Мыслить как преступник: Поведение подозреваемого», после этих съемок Дойч получила роль в телевизионном фильме Марка Черри «Аллилуйя». Вместе с матерью и сестрой снялась в фильме «Майор Капкейк», а в 2013 году последовала роль Эмили Ашер в фэнтезийной мелодраме «Прекрасные создания».

В 2014 году на экраны вышел фильм «Академия вампиров», который основан на серии книг Райчел Мид, Зои в этом фильме сыграла роль Розмари Хэзевэй.

В январе 2014 года, было объявлено, что Дойч будет играть главную роль в биографическом фильме Грега Олмена «Полуночный всадник».