Советская и российская киноактриса. Народная артистка РСФСР (1977). Лауреат Государственной премии СССР (1979)
После войны переехала с семьей на Ставрополье, станица Новопавловская. После 7 класса поступила в Московский железнодорожный техникум, затем училась в сельхозтехникуме.
Окончила ВГИК (1958, курс Сергея Герасимова и Тамары Макаровой).
В 1959—1960 годах — актриса Московского драматического театра на Малой Бронной, с 1961-го — Театра-студии киноактёра.
Признанная советская "кинозвезда" 1950-1960-х годов. Всесоюзную известность получила после исполнения роли Натальи в фильме своего учителя Сергея Герасимова "Тихий Дон". В дальнейшем сыграла яркие роли в фильме "Судьба человека", "Поэма о море" и др.
Актрису долгое время не снимали. Как отмечает в своих интервью Зинаида Кириенко, это связано с конфликтом с неким высокопоставленным чиновником.
Актриса долгие годы перебивалась ролями второго плана. Вновь стала набирать популярность после роли в фильме режиссёра Евгения Матвеева "Любовь земная". В дальнейшем снялась ещё в нескольких картинах Матвеева.
Известна также как певица. Как исполнительница песен сотрудничает с поэтом Анатолием Поперечным, композитором Евгением Бедненко и другими. Входила в состав жюри Московского международного конкурса молодых исполнителей русского романса "Романсиада".