1957 yılında İstanbul’un Üsküdar ilçesinde doğdu. Babası erkek berberi Cevat İşanç, annesi ev hanımı Süheyla İşanç'tır. Konservatuarda piyano öğretmeni olan teyzesinin teşviki ile Ankara’ya giderek tiyatro eğitimine başladı.

1976’da Ankara Devlet Konservatuvarı yüksek bölümünü bitirdi. Aynı yıl sınıf arkadaşı Selçuk Yöntem ile evlendi. Bir sene Londra’da eğitim gördü. Üç yıl süren ilk evliliğinin ardından işadamı Zafer Olcay ile evlenen Zuhal Olcay, İzmir’e yerleşti ve İzmir Devlet Tiyatrosu’nda oyunculuğa başladı. 1981 yılında kızı Ceren dünyaya geldi.

1983’ten itibaren çeşitli televizyon yapımlarında rol aldı; ilk televizyon filmi olan Sönmüş Ocak`tan sonra Parmak Damgası adlı yapım ile tanındı. Film festivallerinde aldığı ödüller ününü arttırdı.

Sinema oyunculuğu ile birkite tiyatro oyunculuğunu da sürdüren Olcay, 1986’da Martıdaki Nina rolüyle Avni Dilligil Tiyatro Ödülü'nü, 1988’de Balkon 'daki İrma rolüyle Ankara Sanat Ödülü’nü kazandı. 1989`da Evita Müzikali’nde Evita'yı oynadı. Bu müzikaldeki başarısı üzerine şarkıcılık kariyeri başladı. Dünden Sonra, Yarından Önce adlı filmde şarkıları seslendiren Olcay, daha sonra Onno Tunç’un bestesi olan parçayı bir albümde seslendirdi.

Zuhal Olcay, 1989’da Sahte Cennete Veda adlı filmdeki rolüyle Almanya’da Altın Film Şeridi En İyi Kadın Oyuncu ödülünü kazanarak uluslararası bir başarı elde etti.

1987’de eşinden ayrılan Olcay, üçüncü evliliğini 1992’de Londra’da tiyatro oyuncusu Haluk Bilginer ile yaptı. Aynı yıl Indiana Jones adlı Hollywood yapımında eşi ile birlikte Halide Edip ile İsmet Bey’i canlandırdılar. 1990’da Haluk Bilginer ile birlikte Tiyatro Stüdyosu adlı özel tiyatronun kurucuları arasında yer aldı ve bu tiyatroda Aldatma, Kankardeşler, Histeri, Balkon gibi oyunlarda başrol üstlendi.

Çeşitli siyasi eylemlere de katılan Olcay’a Bakırköy Belediye Başkanı Adaylığı teklif edildi.

Üskürdar’da kiralayıp restore etikleri Tiyatro Stüdyosu’nun 1996’da yanması üzerine 1999’da Haluk Bilginer ile birlikte Oyun Atölyesi'ni kurdu. Olcay, Oyun Atölyesi’nin sahnelediği ilk oyun olan Steven Berkoff’un Dolu Düşün Boş Konuş adlı oyunundaki rolüyle Afife Tiyatro Ödülleri 'En İyi Komedi Kadın Oyuncusu' Ödülü'nü aldı. Çift, Istanbul’un Moda semtinde bir apartmanı restore ederek oluşturduğu tiyatro mekanını 2002’de açtı. Zuhal Olcay'ın Bilginer ile olan evliliği 2004 yılında sona erdi.

Müzik çalışmalarını önce Vedat Sakman, daha sonra Bülent Ortaçgil ile devam eden ve Küçük Bir Öykü, 'İyisin gibi parçalarla müzik listelerine giren Olcay’ın Küçük Bir Öykü (1990), İki Çift Laf (1993), Oyuncu (1996), İhanet (1998), Başucu Şarkıları (2001) ve Başucu Şarkıları-2 (2005) ve Cengiz Onural'la ortak çalışması olan Hiçbiryerde isimli albümleri vardır.

• Beni Unutma Sezon 1 2008 - Oyuncu
• İyi Seneler Londra 2007 - Oyuncu
• Geniş Zamanlar Sezon 1 2007 - Oyuncu
• Ankara Cinayeti 2006 - Oyuncu
• Seni Çok Özledim Sezon 1 2005 - Oyuncu
• Hiçbiryerde 2002 - Oyuncu
• Yeditepe İstanbul Sezon 1 2001 - Oyuncu
• Salkım Hanım’ın Taneleri 1999 - Oyuncu
• Çatısız Kadınlar Sezon 1 1999 - Oyuncu
• İstanbul Kanatlarımın Altında 1996 - Oyuncu
• 80. Adım 1996 - Oyuncu
• Aşk Üzerine Söylenmemiş Herşey 1995 - Oyuncu
• Artist Palas Sezon 1 1994 - Oyuncu
• Bir Sonbahar Hikayesi 1994 - Oyuncu
• İki Kadin 1992 - Oyuncu
• Gizli Yüz 1991 - Oyuncu
• Medcezir Manzaraları 1989 - Oyuncu
• Sahte Cennete Veda 1989 - Oyuncu
• Med Cezir Manzaraları 1989 - Oyuncu
• Ateşten Günler 1988 - Oyuncu
• Bir Avuç Gökyüzü 1987 - Oyuncu
• Dünden Sonra Yarından Önce 1987 - Oyuncu
• Gece Yolculuğu 1987 - Oyuncu
• Kara Sevdalı Bulut 1987 - Oyuncu
• Halkalı Köle 1986 - Oyuncu
• Amansız Yol 1985 - Oyuncu
• Kurşun Ata Ata Biter 1985 - Oyuncu
• Parmak Damgası Sezon 1 1985 - Oyuncu
• İhtiras Fırtınası 1983 - Oyuncu
• Sönmüş Ocak Sezon 1 1980 - Oyuncu
• Yeditepe İstanbul Sezon 2 - Oyuncu