Zinn-Justin estudió física, obteniendo su licenciatura en 1964 en la École Polytechnique y se doctoró en física teórica en Orsay (leyendo su tesis en 1968) bajo la supervisión de Marcel Froissart.
Zinn-Justin ha trabajado desde 1965 como físico teórico y matemático en el Centro de Investigación Nuclear de Saclay (CEA), donde fue jefe de física teórica entre 1993 y 1998.
En 2003 pasó a dirigir el DAPNIA (Departamento de Astrofísica, Física de Partículas, Física Nuclear e Instrumentación Asociada) de Saclay.
Ha realizado contribuciones fundamentales a la renormalizabilidad de las teorías gauge.
Es una autoridad mundial en teoría cuántica de campos en partículas y transiciones de fase en física estadística y, en particular, en el grupo de renormalización que organiza y conecta estas dos áreas.