Zoya Kosmodemyanskaya sinh ngày 13 tháng 9 năm 1923 tại làng Osino-Gay, thuộc tỉnh Tambov, Liên Xô.

Kosmodemyanskaya gia nhập Đoàn Thanh niên Cộng sản Liên Xô (Komsomol) năm 1938. Tháng 10 năm 1941, quân Đức bắt đầu tiến sát thủ đô Moskva, Zoya khi đó vẫn còn là một học sinh trung học đã tình nguyện gia nhập lực lượng du kích Liên Xô chống Đức Quốc xã. Tại làng Obukhovo gần Naro-Fominsk, Kosmodemyanskaya và một số du kích khác đã vượt tiền tuyến của Hồng quân và thâm nhập vào khu vực đang do quân Đức chiếm đóng. Cô bị bắt sống sau một cuộc đụng độ với quân đội Đức Quốc xã gần làng Petrishchevo (ngoại vi của Moskva) ngày 27 tháng 11 năm 1941.

Sau khi hồ sơ vụ án số 16440 liên quan tới vụ Zoya và đồng đội bị lộ được giải mật năm 2002, ba du kích Liên Xô Zoya Kosmodemyanskaya, Vasily Klubkov và đội trưởng của họ, Boris Krainov nhận nhiệm vụ phá hoại khu vực do quân Đức chiếm đóng. Họ được lệnh phóng hỏa các ngôi nhà trong làng Petrishchevo nơi đóng quân của lực lượng Đức Quốc xã. Theo kế hoạch, Krainov đảm nhận phần trung tâm của làng, Kosmodemyanskaya phần phía Nam còn Klubkov phần phía Bắc. Người hoàn thành nhiệm vụ đầu tiên và trở lại căn cứ trước là Krainov, Zoya cũng đã làm xong phần việc của cô, những ngọn lửa ở phía Nam ngôi làng có thể quan sát rõ từ căn cứ. Tuy nhiên Klubkov đã không thực hiện được nhiệm vụ của mình, anh ta bị quân Đức bắt, bị tra tấn và dọa giết nên phải khai ra Kosmodemyanskaya và Krainov. Điều này đã dẫn tới việc bắt giữ Zoya[1][2].

Zoya Kosmodemyanskaya bị quân Đức tra tấn và làm nhục. Thậm chí cô còn bị những người Đức lột trần ra giữa trời Đông tháng 11 ở Moskva và đánh bằng roi cao su. Nhưng Zoya không hề khai tên những người đồng đội cũng như tên thật của chính bản thân cô (Zoya nói với lính Đức hỏi cung rằng cô tên là Tanya). Zoya đã nói: "Hãy giết tao đi, tao sẽ không khai bất kỳ điều gì" (tiếng Nga: "Убейте меня, я вам ничего не скажу")[3]. Kosmodemyanskaya bị treo cổ ngày 29 tháng 11 năm 1941. Trước khi bị hành quyết cô đã nói:

"Chúng mày có thể treo cổ tao giờ đây, nhưng tao sẽ không đơn độc. Hai trăm triệu người trên đất nước của chúng tao, chúng mày sẽ không thể treo cổ hết lên được, họ sẽ thay tao trả thù chúng mày. Hỡi những tên lính kia! Không bao lâu nữa chúng mày sẽ phải đầu hàng. Dù sao đi nữa thì chiến thắng sẽ thuộc về chúng tao!" - tiếng Nga: "Вы меня сейчас повесите, но я не одна. Нас двести миллионов, всех не перевешаете. Вам отомстят за меня. Солдаты! Пока не поздно, сдавайтесь в плен: все равно победа будет за нами!"