Apja olasz származású mérnök volt, akinek korai halála után a család rossz anyagi körülmények közé került. Zola az aixi gimnáziumban Paul Cézanne iskolatársa volt, barátságuk sokáig meghatározta mindkettejük munkáját. Zola érettségije Párizsban nem sikerült, ezért munkát vállalt. Előbb kifutófiú és csomagoló lett az Hachette könyvkiadónál, majd a reklámosztályra került, amelynek egy idő múlva vezetője lett. Ezen állásában írta meg első irodalmi kísérleteit, melyek a Petit Journal és az Évènement hasábjain jelentek meg. A kiadói munka révén megismerkedett a kor néhány jelentős írójával.

Mint elbeszélő, legelőször egy napilap regénycsarnokában mutatkozott be Les mysteres de Marseille és Le voeu d’une morte című regényével. Első sikerét a Contes a Ninon megjelenésével aratta (1864), melyet nemsokára a La confession de Claude (1865) című regénye követte, melyben már határozott körvonalakban kezdett a nagy naturalista egyénisége kibontakozni. A Thérèse Raquin-ben (1867) és a Madeleine Férat-ban (1868) már realisztikus nyíltsággal látjuk patológiai tüneteket elemezni.

Első regényei után elhagyta a kiadót. 1870–71-ben a versailles-i ideiglenes nemzetgyűlésről tudósított. Megismerkedett néhány impresszionista festővel, így Édouard Manet-val, és az új festői törekvésekről több cikket írt, melyeket kötetbe gyűjtött: ezeknek nagy visszhangjuk lett. Sikeres munkái után házat vásárolt a Párizs melletti Médanban.

1871-ben fogott hozzá a Rougon-Macquart-ciklus elkészítéséhez, melyben egy család társadalmi és anyagi történetét igyekezett megírni, mely a második császárság korában élt. Hatalmas regényciklusának befejezése után újabb ciklust tervezett. Ellátogatott Lourdes-ba, Rómába – ahol regényeinek vatikáni „indexesítése” (tiltott könyvnek minősítése) ügyében hiába kért kihallgatást a pápától. Új ciklusának csak első darabjai jelentek meg (A három város: Lourdes – Róma – Párizs)

1898. január 13-án a Hajnal c. újság címlapján megjelent nyílt levélben (J’Accuse – Vádolom!) tiltakozott a köztársasági elnöknél a Dreyfus-per igazságtalan ítélete miatt. A hadsereg és a bíróság rágalmazásának vádjával nagy pénzbüntetésre ítélték. A felfüggesztett egyéves börtönbüntetéstől is tartania kellett, ezért két évre Londonba költözött.

1902. szeptember 29-én a váratlan hideg miatt befűttetett párizsi lakásába (Rue de Bruxelless). Éjjel szén-monoxid-mérgezésben meghalt. Vizsgálat indult gyilkosság miatt, de semmit sem tudtak megállapítani. Temetésén Anatole France búcsúztatta, aki az írót „az emberiség lelkiismeretének” nevezte. A montmartre-i temetőben kapott díszsírhelyet. Földi maradványait 1908. június 4-én innen átszállították a párizsi Panthéonba. Médani lakóházát 1985-ben múzeummá alakították.