Родилась в г. Моршанск Тамбовской области.
Окончила дирижерско-хоровое отделение Музыкального училища при Московской консерватории в 1947 году (пед. З.В. Муравьева). Во время войны работала в эвакогоспитале. В 1952 году окончила Московскую Государственную консерваторию им. П.И. Чайковского по специальности «Дирижер хора, преподаватель».
В 1952–1955 гг. работала инспектором Главного Управления по делам искусств Министерства Культуры РСФСР. В 1953–1955 – старшим инспектором хоровых коллективов и симфонических оркестров музыкальных учреждений Управления Министерства культуры РСФСР.
Пришла на работу в ДМШ при училище в сентябре 1955 года. Ей была предложена должность заведующей учебной частью школы, которую она занимала в течение 40 лет. Все эти годы она также была руководителем хорового класса школы. В течение ряда лет вела класс дирижирования на хоровом отделении Академического музыкального училища.
Методическая работа З.К. Леоновой была связана с разработкой вопросов преподавания дирижерско-хоровых дисциплин. З.К. Леонова принимала участие в разработке новых учебных планов для ДМШ, способствовала становлению отделов школы: Струнного, Духового и как экспериментального – Теоретического с классом сочинения.
З.К. Леонова была составителем сборников хоровых произведений, выпущенных издательством «Музыка»:
Хоры композиторов Болгарии (1976 г.),
Хоры композиторов Югославии (1977 г.),
М.Глинка. Избранные произведения для хора (1979 г.)
М.Мусоргский. Хоры из опер (1981 г.),
С.Дегтярев. Хоры из оратории «Минин и Пожарский» (1984 г.)
Заслуженный работник культуры РСФСР, награждена медалями «Ветеран труда» и «За доблестный труд во время Великой Отечественной войны».
Наиболее известные ученики – лауреаты международных конкурсов: В.Бакк, В.Бунин, В.Желваков, М.Копельман, А.Малкус, В.Третьяков, Н.Цехановская, В.Яглинг.
Деловая и доброжелательная в общении, З.К. Леонова быстро завоевала авторитет в педагогическом коллективе. Хорошо знала методику детского музыкального воспитания, природу детского голоса, психологию юных музыкантов.В течение многих лет Зоя Константиновна вела большую общественную, воспитательную и административную работу. Хорошо знала каждого преподавателя, каждого ученика, пользовалась их уважением и доверием.
Была секретарем комсомольского бюро дирижерско-хорового отдела Московской консерватории, зам. председателя профкома консерватории и училища, секретарем партбюро училища.