Zoey Deutsch vient d'une famille ancrée depuis deux générations dans le show-buisness, acteurs et musiciens. Sa mère n'est autre que l'actrice Léa Thompson, qu'on avait appréciée dans le rôle de Lorraine dans les trois Retour vers le futur. Quant à son père, il s'agit du réalisateur Howard Deutch.
La jeune Zoey apparaît sur les écrans, grands et petits, dès ses 15 ans. Elle possède depuis un Master en théâtre et en arts visuels et excelle en danse classique et jazz. Son premier rôle important est paradoxalement celui de la fille de sa mère (Léa Thompson) dans "Mayor Cupcake". Elle obtient par la suite un rôle dans une série produite par Disney Channel, ce qui la propulse auprès du public adolescent.
Ses 16 ans sont marqués par son apparition dans la série Ringer, où elle joue la fille de Sarah Michelle Gellar. Un rôle complexe pour une jeune fille de cet âge, qui la fait connaître des producteurs. On lui propose alors Sublimes Créatures où elle incarne la belle la plus populaire du lycée, Emily Asher.
Elle retourne à la série avec Switched avant de se voir offrir son plus important rôle, dans Vampire Academy. Son personnage y est primordial, centre de la série de romans desquels le film est adapté.
Déjà très engagée, la jeune fille soutient notamment un orphelinat de Tijuana et une association qui lutte contre Alzheimer. En dehors de ses incarnations cinématographiques, on peut la voir poster sur Instagram des photos de son amour de toujours : son chat Maine Coon nommé "Stinky Pete". Elle est également la soeur de l'actrice Madelyn Deutch.