Земфира Талгатовна Рамазанова родилась 26 августа 1976 года в Уфе. С ранних лет проявила интерес к музыке: с пяти лет училась в музыкальной школе по классу фортепиано и пела в хоре. Тогда же состоялся её теледебют — она спела на местном телевидении песню про червячка. В семь лет написала первую песню.
Параллельно с музыкой Земфира увлекалась баскетболом и в начале 1990-х стала капитаном женской юниорской сборной России, хотя высоким ростом не отличалась. В итоге она выбрала музыку: после школы поступила в Уфимское училище искусств на отделение эстрадного вокала и окончила его с отличием в 1997 году. Во время учёбы подрабатывала в ресторанах, а с 1996 года работала звукооператором на уфимской радиостанции «Европа плюс». Там она записывала рекламные джинглы и параллельно писала песни.
Переломным моментом стал 1998 год. На фестивале «Максидром» демозапись Земфиры попала к продюсеру Леониду Бурлакову (он работал с «Мумий Троллем»), и он пригласил её в Москву записывать альбом. Дебютная пластинка «Земфира» вышла 10 мая 1999 года. В неё вошли хиты «СПИД», «Ракеты», «Ариведерчи», «Ромашки». Альбом разошёлся большим тиражом.
За годы карьеры Земфира выпустила семь студийных альбомов:
Также в её дискографии есть концертные альбомы, сборники (например, Z-Sides — сборник ранее не издававшихся песен), саундтреки к фильмам Ренаты Литвиновой («Богиня: как я полюбила», «Последняя сказка Риты», «Северный ветер»).
В её лирике часто звучат темы душевных переживаний, поиска себя, острых социальных вопросов. Среди узнаваемых песен: «Хочешь?», «Искала», «Бесконечность» (в альбоме обозначена символом ∞), «П.М.М.Л.», «Небомореоблака», «Прогулка».
Земфира не только пела, но и выступала в роли композитора и продюсера. В 2004 году она поступила на философский факультет МГУ, но вскоре оставила учёбу, сосредоточившись на музыке.
Земфира не афиширует личную жизнь, у неё нет зарегистрированного брака и детей. Одним из самых близких людей она называет режиссёра Ренату Литвинову — их связывает многолетняя дружба и творческое сотрудничество.
В феврале 2023 года Минюст РФ включил Земфиру в реестр иностранных агентов. Основанием стали её публичные выступления в поддержку Украины, призывы против СВО и информация о получении финансирования из-за рубежа. Певица обжаловала решение, но суды отказали. По последним данным, Земфира живёт во Франции и даёт концерты в европейских городах. При этом она сохранила статус индивидуального предпринимателя в России и продолжает отчитываться перед налоговыми органами. Также она сохранила авторские права на свои композиции в России.