Zhou wurde am 18. Oktober 1974 in Quzhou geboren. Ihr Vater, Zhōu Tiānníng, war ein Filmvorführer und ihre Mutter, Chén Yǐqín, arbeitete in einem Kaufhaus. Später besuchte Zhou das Zhejiang Arts Institute, wodurch ihr Interesse für Schauspielkunst gefestigt wurde.
Neben ihrer Schauspielkarriere steuerte Zhou Lieder zu den Soundtracks einiger Filme bei und veröffentlichte zwei Studioalben.
2005 spielte Zhou erstmals in einer Hongkong-Produktion mit, in Peter ChansPerhaps Love. Für ihre Leistung erhielt sie viele Preise, u. a. den Hong Kong Film Award. Im Jahr 2012 spielte sie unter der Regie von Tom Tykwer und den Wachowski-Geschwistern in der deutsch-amerikanischen Literaturverfilmung Cloud Atlas die Rolle der Yoona~939.
Anmerkung: Bei diesem Artikel wird der Familienname vor den Vornamen der Person gesetzt. Das ist die übliche Reihenfolge im Chinesischen. Zhou ist hier somit der Familienname, Xun ist der Vorname.