6 Aralık 1931'de Bursa'nın Hisar semtinde, Ortapazar Caddesi'ndeki 30 numaralı ahşap evde Kaya ve Hayriye Müren çiftinin tek çocuğu olarak dünyaya geldi.
İlkokulu Bursa Osmangazi İlkokulunda okudu. Henüz ilkokuldayken yeteneği öğretmenleri tarafından keşfedildi ve müzikli okul müsamerelerinde baş rolleri oynamaya başladı.
Ailesine İstanbul'a gitme arzusunu açıklayan Zeki Müren, İstanbul'daki Boğaziçi Lisesi'ne yazıldı. Bu okulu birincilikle bitirdi.
1950 yılında henüz üniversite öğrencisiyken TRT İstanbul Radyosunun açtığı ve 186 adayın katıldığı solist sınavını birincilikle kazandı. İlk sahne konserini 26 Mayıs 1955 tarihinde verdi.
Zeki Müren 600'ü aşkın plak ve kaset doldurdu. 1955'te "Manolyam" adlı şarkısıyla Türkiye'de ilk kez verilen Altın Plak Ödülü'nü kazandı. 1991 yılında Devlet Sanatçısı seçildi.
Zeki Müren 1954'te Beklenen Şarkı adlı filmde sinema oyunculuğuna başladı. Büyük bir ticarî başarı kazanan bu filmden sonra, şarkılarının çoğunu kendisinin bestelediği 28 filmde daha oynadı.
Zeki Müren hayatı boyunca hiç evlenmedi.
1950'lerin Türkiye'sinde alışılmış kalıpları zorlayan elbiseleri ve sahne davranışı ile halkın ilgisini sürekli olarak üstünde tutmayı başardı.
Mesleğe başladığı ilk yıllarda daha sıradan kıyafetler ve saç stilleri taşımasına rağmen ileriki yıllarda kadınsı kıyafetler, saç modelleri ve makyajı ile sahnelerde yer aldı.
Kendisi hiçbir zaman cinsel yönelimi ile ilgili bir açıklama yapmadı.
İsminin zaman zaman kadınlarla anılmasına rağmen, hakkında çıkan dedikoduların ardı arkası kesilmiyordu.
Çıkan dedikoduların çoğunda genel kanı, Zeki Müren'in eşcinsel olduğu yönünde idi.
Zeki Müren kalp rahatsızlığı ve şeker hastalığı nedeniyle yaşamının özellikle son 6 yılında sahne hayatından ve medyadan uzaklaştı.
Bodrum'daki evinde inzivaya çekilen Zeki Müren, bu dönemi "kendini dinlemek" olarak tarif ediyordu.
24 Eylül 1996 Salı günü, TRT İzmir Televizyonunda kendisi için düzenlenen tören sırasında geçirdiği kalp krizi sonucu hayata gözlerini yumdu.
Cenazesi çok büyük bir halk kalabalığının katıldığı büyük bir törenle kaldırıldı. Mezarı, doğum yeri olan Bursa'da Emirsultan Mezarlığı'ndadır.
Ölümünün ardından sanatçının Bodrum'da son yıllarını yaşadığı ev müze haline getirildi.