Зоя Василькова родилась в 1926 г. в Украине, где на тот момент служил ее отец-военный. Позже семья перебралась в Ленинград. Когда девушке было 17 лет, она записалась добровольцем на фронт и воевала в 7-м корпусе Противовоздушной обороны. Когда позже ее спрашивали о том, что заставило ее принять такое решение, она отвечала: «Отец сам был на фронте. А что могла со мной сделать мама? Я была босячка такая, непослушная. Считала, что уже стала взрослой и должна идти защищать родину… Из-за глупости страха не было. И я была ранена в первый же месяц. При бомбежке. Наша машина попала в какую-то воронку, и у меня было осколочное ранение лица. Но ничего, поправилась. Прослужила полтора года: с июня 1943-го мы прошли Воронеж, Курск, Нежин и Киев. И в конце 1944 года, в октябре, я была демобилизована».
Ей часто потом задавали вопросы о том, как она в 17 лет не побоялась попасть на войну. Актриса отвечала: «Я же не в окопе сидела. Я не стреляла в немцев. Но я помогала. Я заряжала водородом шары-пилоты, которые были призваны сбивать летящие фашистские самолеты. Я этим на войне занималась: немецкие самолеты взрывала».
Поначалу Зоя Василькова не планировала становиться актрисой – она поступила в Архитектурный институт, но уже после первого семестра поняла, что ошиблась с выбором, и оставила учебу. После того, как ее отца перевели в Москву, она поступила во ВГИК, а по окончании учебы ее приняли в труппу Театра-студии киноактера. Правда, поначалу она была очень разочарована тем, что ей приходилось постоянно выступать в массовках, а первой ее ролью стало озвучивание ударов копыт по мостовой.
Еще во время учебы во ВГИКе на одной из репетиций Зоя Василькова познакомилась с актером Юрием Чекулаевым. По ее словам, это была любовь с первого взгляда. Они решили пожениться уже на 4-й день знакомства. Актриса вспоминала: «Получилось смешно, конечно, у нас квартиры еще не было, ничего не было... Я познакомила его с родителями, а когда он меня повел к своей маме, я надела коричневое платьице. Юрина мама открывает нам дверь и говорит прямо с порога: «Ой, я всю жизнь мечтала о такой невестке, как я рада»!».
Долгое время ни Василькова, ни Чекулаев не получали ролей, и когда им предложили двухлетнюю командировку в Китае, оба согласились не раздумывая. Актриса руководила там самодеятельностью во Дворце культуры, а ее супруг читал лекции в китайском театре. По возвращении в СССР оказалось, что ролей для них по-прежнему нет, и они снова уехали – сначала в Польшу, потом в Германию. Только в 1959 г. Зоя Василькова стала актрисой киностудии имени Горького и начала сниматься в кино.
Она часто снималась в сказках Александра Роу и Александра Птушко. Самой заметной стала ее роль императрицы Екатерины II в «Вечерах на хуторе близ Диканьки». Актриса вспоминала: «Мы снимали картину в петербургском Зимнем дворце. Персонал дворца относился к нам (съемочной бригаде) великолепно. И горожане нас очень тепло принимали. Мы через весь город ехали на «Волге» в костюмах, гриме, париках, и все очень удивлялись: кто это едет? Мы останавливались на светофорах, и каждый раз возле машины собиралась толпа людей. А в самом дворце после съемок старушки-смотрительницы водили нас по хранилищам, показывали костюмерную императрицы, где было такое огромное количество натуральных, настоящих царских платьев, золота и прочего. Я мерила платье Екатерины II, оно мне оказалось коротковато: она была маленькая и полная очень женщина».
Зою Василькову называли королевой эпизода. Даже когда она появлялась на экранах всего на несколько минут, зрители ее запоминали. Каждый, кто смотрел фильм «Джентльмены удачи», наверняка помнит ее дворничиху со свистком, которая гналась за Василием Алибабаевичем. В фильме «Место встречи изменить нельзя» она сыграла потерпевшую, у которой Кирпич украл кошелек, а в фильме «О бедном гусаре замолвите слово» – губернаторшу. Слава пришла к ней только после 35 лет, но зрители не знали ее имени, хоть и узнавали в лицо.
Ее творческий потенциал так и остался нереализованным, но актриса не жалела ни об одной из работ и не сетовала на то, что не получала главных ролей: «В эпизодной роли есть некоторая сложность – за короткий промежуток времени, который отдал эпизоду в фильме, нужно так ярко и точно преподнести своего героя, чтобы он запомнился зрителю и ему стало понятно, зачем этот герой вообще здесь появился. Кроме того, за свою жизнь я познакомилась со столькими режиссерами и актерами, столько образов к себе примерила!».
Еще в 1965 г. брак актрисы распался, и она была уверена в том, что встретит старость в одиночестве. Но в 2006 г., когда ей исполнилось 80 лет, она неожиданно встретила старого знакомого, моряка Феликса Иванова, с которым встретилась, когда им было по 16 лет. С тех пор они не виделись, но вдруг оказалось, что мужчина всю жизнь продолжал ее любить. Однажды он увидел ее фотографию в журнале и решил разыскать. С помощью знакомых из КГБ узнал ее адрес и телефон и позвонил 9 мая. Феликс Константинович не уставал повторять: «Зоя – моя любовь, которую я так долго ждал – всю свою жизнь». С тех пор они не расставались, до самых последних дней, пока в июне 2008 г. актриса не ушла из жизни. Но эти 2 года стали самыми счастливыми для обоих.