Olcay, sanatçı bir aileden geliyordu. Zira büyük teyzesi konservatuarda piyano öğretmeniydi. Diğer iki teyzesinden biri de devlet tiyatrosu sanatçısıydı. Kuzenleri ve eniştesi de konservatuar eğitimi gördükleri için, Olcay sanata kayıtsız kalmadı ve Ankara Devlet Konservatuarı Tiyatro bölümüne kaydoldu.
1976'da Ankara Devlet Konservatuvarı yüksek bölümünü bitirdi. Bir seneLondra'da eğitim gördü.
1976 yılında, mezuniyetinin hemen ardından, sınıf arkadaşı Selçuk Yöntem'le evlendiğinde henüz 19 yaşındaydı Zuhal Olcay. 3 yıl süren evliliğinin boşanmayla sonuçlanmasından ardından, İzmirli işadamı Zafer Olcay'la tanıştı ve İzmir'e yerleşti. İzmir Devlet Tiyatrosu'nda oyunculuk yapmaya başlayan oyuncu, ikinci evliliğini Zafer Olcay'la yaptı. 1981 yılında kızı Ceren Olcay dünyaya geldi.
1983'ten itibaren çeşitli televizyon yapımlarında rol alan Olcay, ilk televizyon filmiSönmüş Ocak için kamera önüne geçti. 1985 tarihli TV dizisi Parmak Damgası'yla adından bahsettirmeye başlayan oyuncu, tiyatroda da oyunculuk yapmaya devam ediyordu.
1986'da Martı adlı tiyatro oyunundaki performansıyla, Avni Dilligil Tiyatro Ödülü'ne layık görülen sanatçı, 1988 yılında İrma karakterini canlandırdığı "Balkon" adlı oyundaki başarısıyla da Ankara Sanat Ödülü'nün sahibi oldu. Olcay'ın tiyatro kariyerindeki bu önemli yükseliş, ününü pekiştirdi. Ancak yetenek alanı oyunculukla sınırlı olmayan Zuhal Olcay, 1989 yılında Evita Müzikali'ndeEva Peron'u canlandırdığında, şarkıcılığıyla dikkatleri üzerine çekti. Olcay'ın müzikal yolculuğunu başlatan Evita müzikalinin ardından, "Dünden Sonra, Yarından Önce" filmi geldi. Film, Olcay'ın seslendirdiği aynı adlı şarkıyla büyük ilgi topladı.
1987 yılında Zafer Olcay'dan boşandı.
1989'da "Sahte Cennete Veda" filmindeki rolü, başarısını ülke sınırları dışına taşıdı ve sanatçıya Almanya'da yapılan, Altın Film Şeridi festivalinde "En İyi Kadın Oyuncu Ödülü"nü kazandırdı.
1990 yılında, oyuncu Haluk Bilginer ile birlikte Tiyatro Stüdyosu'nun kurucuları arasında yer aldı ve Aldatma, Kankardeşler, Histeri, Balkon gibi oyunlarda başrol üstlendi. Aynı yıl ilk albümü "Küçük Bir Öykü" yayınlandı.
Olcay, 1992'de, Haluk Bilginer'le Londra'da yapılan törenle dünya evine girdi. Aynı yıl Hollywood yapımı olan "indiana-jones" filminde eşiyle birlikte rol alan Olcay, Halide Edip karakterini canlandırdı.
Siyasetle de yakından ilgilenen Zuhal Olcay'a, Bakırköy Belediye Başkanı Adaylığı teklif edildi.
Sanatçı 1993'te, "İki Çift Laf" albümünü, 1996'da "Oyucu" albümlerini yayınladı.
1997 yılı Zuhal Olcay'a yeni bir ödül daha getirecekti. "80. Adım" filminde canlandırdığı Lerzan karakteriyle, sinema yazarları ve eleştirmenlerince "En İyi Kadın Oyuncu" ödülüne layık görüldü. 2001 yılında yaptığı Hiçbiryerde filmiyle de İstanbul Film Festivali'nde yine "En İyi Kadın Oyuncu" ödülüne layık görüldü.
Vedat Sakman ve Bülent Ortaçgil gibi önemli müzisyenlerle çalışan Zuhal Olcay, 1998'de "İhanet" isimli bir albüm daha çıkardı.
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.
1996'da, Tiyatro Stüdyosu'nun yanmasından 3 yıl sonra, 1999'da, Haluk Bilginer ile birlikte Oyun Atölyesi'ni kurdu. Olcay, Oyun Atölyesi'nde sahnelenen "Dolu Düşün Boş Konuş" adlı oyundaki rolüyle Afife Jale Tiyatro Ödülleri'nde, "Komedi Dalında En İyi Kadın Oyuncu" ödülünün sahibi oldu.
Zuhal Olcay'ın Haluk Bilginer ile olan evliliği 2004 yılında sona erdi.
İki bölümden oluşan ve "Başucu Şarkıları" adını verdiği albümlerden, ilkini 2001'de, ikincisini ise 2005'te yayınladıktan sonra, Cengiz Onural'la birlikte çalıştığı "Hiçbir Yerde" müzik marketlerde yerini almıştır.
Yeditepe İstanbul, Geniş Zamanlar gibi sevilen birçok dizi ve televizyon showlarında rol alan Zuhal Olcay, müzik direktörlüğünü Gürol Ağırbaş'ın üstlendiği Mevzuhal adlı müzik programında ülkemizin önemli müzisyenlerini ağırladı.
Evlilikleri :
1.eşi: 1976 yılında Selçuk Yöntem ile evlendi. 3 yıl sonra 1979 yılında boşandı.
2.eşi: 1980 yılında iş adamı Zafer Olcay ile evlendi. 1987 yılında boşandı. Ceren Olcay (d.1981) adında bir kızı var.
3.eşi: 1987 yılında tanışıp 31 Ocak 1992'de evlendiği Haluk Bilginer ile 14 Aralık 2004 tarihinde ayrıldı.
Ödülleri :
1984 - 21. Antalya Film Şenliği, En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu(İhtiras Fırtınası)
1985 - 22. Antalya Film Şenliği, En İyi Kadın Oyuncu (Amansız Yol)
1986 - Martı'daki Nina rolüyle Avni Dilligil Tiyatro Ödülü
1988 - Balkon'daki İrma rolüyle Ankara Sanat Ödülü
1989 - Almanya Altın Film Şeridi En İyi Kadın Oyuncu Ödülü, (Sahte Cennete Veda)
1989 - 2. Ankara Film Şenliği, En İyi Kadın Oyuncu (Dünden Sonra Yarından Önce)
1990 - 3. Ankara Film Şenliği, (Medcezir Manzaraları)
1994 - 6. Ankara Film Festivali, En İyi Kadın Oyuncu (Bir Sonbahar Hikayesi)
1999 - Afife Tiyatro Ödülleri "En İyi Komedi Kadın Oyuncusu" Ödülü, (Dolu Düşün Boş Konuş)
2002 - 21. İstanbul Film Festivali, En İyi Kadın Oyuncu (Hiçbiryerde)
2002 - 24. Siyad Türk Sineması Ödülleri, En İyi Kadın Oyuncu (Hiçbiryerde)
2003 - 6. Gökçeada Film Festivali, En İyi Kadın Oyuncu (Hiçbiryerde)
2006 - Afife Tiyatro Ödülleri - Yılın En Başarılı Kadın Oyuncusu-Nathalie
Tiyatro :
2009 - Şölen (oyun) : Moira Buffini - Aysa Prodüksiyon Tiyatrosu
2005 - Nathalie : Philippe Blasband - Aysa Prodüksiyon Tiyatrosu
2000 - Ayrılış : Tom Kempinsky - Oyun Atölyesi
1999 - Dolu Düşün Boş Konuş : Steven Berkoff - Oyun Atölyesi
1998 - Balkon : Jean Genet - Tiyatro Stüdyosu
1996 - 1997 - Histeri : Terry Johnson - Tiyatro Stüdyosu
1991 - Kan Kardeşleri : Willy Russell - Tiyatro Stüdyosu
1990 - 1992 - Aldatma : Harold Pinter - Tiyatro Stüdyosu
1989 - Evita :Yazan: Tim Rice, Çeviren: Gencay Gürün Tiyatro Stüdyosu
1986 - Söz Veriyorum : Aleksei Arbuzov - İstanbul Devlet Tiyatrosu
1985 - İlk Yıllar "Roksolan" : Orhan Asena - İstanbul Devlet Tiyatrosu
1985 - Martı : Anton Çehov - İstanbul Devlet Tiyatrosu
1983 - Vakıf: İzmir Devlet Tiyatrosu
1982 - Fazilet Eczanesi : Haldun Taner - İzmir Devlet Tiyatrosu
1982 - Özel Hayatlar: İzmir Devlet Tiyatrosu
1981 - Boş Beşik: İzmir Devlet Tiyatrosu
1979 - Deli Dumrul : Güngör Dilmen - İstanbul Devlet Tiyatrosu
1978 - Othello : William Shakespeare - Ankara Devlet Tiyatrosu
1977 - İzin Günü : Otto Fischer - Ankara Devlet Tiyatrosu
1977 - Üçüncü Selim : Celal Esat ArsevenSalah Cimcoz - Ankara Devlet Tiyatrosu
Albümleri :
1990 - Küçük Bir Öykü Bu
1993 - Oyuncu
1996 - İki Çift Laf
1998 - İhanet
2001 - Başucu Şarkıları
2005 - Başucu Şarkıları 2
2009 - Aşk'ın Halleri
1999 - Asansör Film Müzikleri / Kolektif
2000 - Bülent Ortaçgil İçin Söylenmiş Bülent Ortaçgil Şarkıları / Kolektif
2002 - Hiçbiryerde Film Müzikleri
2003 - Metin Altıok Ağıtı / Fazıl Say
2004 - Söz Vermiş Şarkılar / Kolektif
2006 - 41 Kere Maşallah / Kolektif
2006 - Nazım / Fazıl Say
2006 - Pop 2006 / Kolektif
2007 - Bulutsuzluk Özlemi 20 Yaşında / Kolektif
2008 - Güldünya Şarkıları / Kolektif
2008 - Mucize Nağmeler / Kolektif
2008 - Buğra Uğur'la 30 Yıl / Kolektif
Filmleri ve Dizileri :
2013 - Bir Aşk Hikayesi (Gönül Karanlı) (TV Dizisi)
2011 - 2012 - İffet (2. Sezon)(Dilek) (TV Dizisi)
2010 - Umut Yolcuları (Zahide)(TV Dizisi)
2008 - Güz Sancısı (Konuk Oyuncu) (Sinema Filmi)
2008 - Beni Unutma (Peride)(TV Dizisi)
2007 - İyi Seneler-Londra : Berkun Oya - (sinema)
2004 - Simbiyotik (sinema)
2001 - Hiçbiryerde : Tayfun Pirselimoğlu - (sinema)
2000 - Gece Martıları (sinema)
1999 - Issızlığın Ortasında Sinema (sinema)
1999 - Salkım Hanım'ın Taneleri : Tomris Giritlioğlu (sinema)
1996 - 80. Adım : Tomris Giritlioğlu (sinema)
1996 - İstanbul Kanatlarımın Altında : Mustafa Altıoklar (sinema)
1995 - Aşk Üzerine Söylenmemiş Her şey (sinema)
1994 - Bir Sonbahar Hikayesi : Yavuz Özkan (sinema)
1993 - Ay Vakti (sinema)
1992 - İki Kadın : Yavuz Özkan (sinema)
1991 - Kara Sevdalı Bulut (sinema)
1990 - Gizli Yüz : Ömer Kavur (sinema)
1989 - Medcezir Manzaraları : Mahinur Ergun (sinema)
1988 - Sahte Cennete Veda (sinema)
1987 - Bir Günah Gibi (sinema)
1987 - Dünden Sonra Yarından Önce (sinema)
1987 - Bir Avuç Gökyüzü (sinema)
1987 - Gece Yolculuğu : Ömer Kavur (sinema)
1986 - Ateşten Gömlek : Ziya Öztan (sinema)
1986 - İstek (sinema)
1986 - Genç ve Dul (sinema)
1986 - Oteldeki Cinayet (sinema)
1985 - Amansız Yol (sinema)
1985 - Kurşun Ata Ata Biter (sinema)
1985 - Halkalı Köle (sinema)
1983 - İhtiras Fırtınası (sinema)
2013 - Bir Aşk Hikayesi (dizi)
2011 - İffet : Faruk Teber (dizi)
2010 - Umut Yolcuları (dizi)
2008 - Mevzuhal (dizi)
2008 - Beni Unutma (dizi)
2007 - Geniş Zamanlar : Serdar Akar (dizi)
2005 - Seni Çok Özledim (dizi)
2002 - Ti Show (dizi)
2001 - Yeditepe İstanbul : Türkan Derya (dizi)
1999 - Çatısız Kadınlar : Mahinur Ergun (dizi)
1997 - Medeni Haller (dizi)
1994 - Artist Palas (dizi)
1993 - The Young Indiana Jones Chronicles "Istanbul, September 1918" (dizi)
1989 - Baharın Bittiği Yer (dizi)
1987 - Ateşten Günler (dizi)
1987 - Gecenin Öteki Yüzü (dizi)
1986 - Varsayalım İsmail (dizi)
1985 - Parmak Damgası (dizi)
1980 - Sönmüş Ocak : (dizi)
