Родилась в 1919 году в Киеве. По отцовской линии происходит из дворянского рода Рылеевых и является потомком декабриста и поэта К. Ф. Рылеева. По материнской линии имеет в роду французского еврея Бааля, которому последний император Франции Наполеон III пожаловал в 1860-е гг. дворянство за пущенный в Париже трамвай. Дочь Бааля Франциска была бабушкой З. В. Рылеевой.

Начинала учиться живописи в Киевском художественном институте, во время войны продолжила обучение в Московском художественном институте имени В. И. Сурикова.

В 1949 году закончила в Москве Академию живописи и скульптуры.

Сразу после защиты диплома Зою Рылееву направили на реконструкцию ВДНХ – работы на павильоне «Украина» тогда еще только начиналась. Она была соавтором архитектора А.А.Тация и создавала орнаментальные керамические украшения – арку изобилия, сноп из золотой смальты, листья... Этот период длился четыре года – с 1950-го по 1954-й. За это время сделано: скульптура «Золотой сноп», скульптурные горельефы на фонтанах «Дружба народов», «Каменный цветок» и павильонах «Грузия» и «Украина» (ныне «Земледелие») на ВДНХ СССР (ВВЦ).

Муж и отец дочери — А. А. Таций трагически погиб в 1967 году. 

Зять — художник Ян Райхваргер.

В 1965–1970 годах установила 3 памятника знаменитому женскому авиаполку Марины Расковой в Керчи, Москве и Польше. Автор грандиозного мемориала «Бегущий воин» в городе Павловский Посад под Москвой, на стелле которого — имена тысяч погибших воинов.

С 1975 года проживала в Бат-Яме (Израиль).

Стала родоначальником израильской художественной династии: её сын, Геннадий Осмёркин — знаменитый американский дизайнер, внук Мордехай Раухвергер — известный художник в Израиле. Со времени переезда З. В. Рылеевой в Израиль в 1975 году и до ее смерти состоялось более 40 персональных выставок, в том числе в Филадельфии, Амстердаме, Париже, Берлине, Москве и Тель-Авиве.

Скончалась в апреле 2013 года. Похоронена в Яффо.

Работы автора находятся в фондах ВДНХ, муниципалитета Бат-Яма.

Памятник женскому авиаполку под командованием Полины Расковой в Москве, Керчи, Польше

Мемориал «Бегущий воин» со стелой в г. Павлов-Посад.

Является автором эскизов пресс-форм популярного в СССР игрушечного набора пластмассовых солдатиков «Ледовое побоище», массово выпускавшегося Московским заводом игрушек «Прогресс» с 1970 по 1991 год, а также наборов солдатиков «Красная кавалерия» (в пластмассе) и «30-летие Победы в Великой Отечественной войне» (в металле).