Зоя Космодемьянская родилась 13 сентября 1923 года в селе Осино-Гай Кирсановского уезда Тамбовской губернии (сейчас Гавриловский район Тамбовской области) в семье учителей, дед Тани был священником. В 1923 году семья переезжает в село Шиткино Иркутской области, а через год — в Москву, где Зоя училась в школе №201, в 1956 году названной в честь Героев Советского Союза Зои и Александра Космодемьянских. В 1941 году она познакомилась и много общалась с Аркадием Гайдаром в санатории «Скокольники», где проходила реабилитацию после тяжелой болезни.
С началом Великой Отечественной войны десятиклассница и комсомолка Зоя шила вещмешки и плащ-палатки, работала штамповщицей-учетчицей на заводе «Борец». 31 октября 1941 года добровольцем вступила в Красную армию и была направлена в распоряжение разведывательного отдела штаба Западного фронта. После трехдневного обучения навыкам диверсионной работы под руководством легендарного разведчика Артура Спрогиса Зоя была зачислена в партизанскую часть №9903 штаба Западного фронта. И уже 4 ноября 1941 года группа под руководством Павла Проворова, в которую входила и Космодемьянская, получила первое боевое задание и отправилась в тыл немцев. В ноябре 1941 года обстановка под Москвой была крайне тяжелая, враг рвался к столице и командования Красной армии пыталось всеми силами помешать перевозкам и квартированию оккупантов в тыловых районах.
Разведчики заминировали дороги в районе Волоколамска и 8 ноября благополучно вернулись в расположение части. После успешного выполнения задания и десятидневного отдыха две группы снова выдвинулись в тыл противника, но у деревни Головково нарвались на боевое охранение немцев и в ходе короткого боя, не имея тяжелого вооружения, с большими потерями отошли. Бойцы объединились в одну группу под руководством Бориса Крайнова. Они отсиделись в лесу, опасаясь, что попавшие в плен товарищи выдадут цель миссии, однако даже после зверских пыток диверсанты, в том числе подруга Зои Вера Волошина, ничего не сказали нацистам и были повешены.
27 ноября Борис Крайнов, Василий Клубков и Зоя Космодемьянская вышли к деревне Петрищево, которая располагалась на узле дорог и использовалась фашистами как место теплой ночевки и пункт дислокации частей радиоразведки. В 2 часа ночи диверсанты подожгли с помощью бутылок с горючей смесью три дома, где жили немцы — в огне сгорели 20 лошадей, предназначенных для фронта. Но после выполнения задачи в условленное место сбора вышел только Крайнов. Клубков попал в плен, а Зоя разминулась с товарищами и продолжила выполнять задание одна.
Вечером 28 ноября, когда девушка пыталась поджечь сарай, ее заметил староста села Петрищево (по другим данным — хозяин подожженного сарая) и доложил о ее появлении германским солдатам. После короткой погони по глубокому снегу Зоя Космодемьянская была схвачена. Несмотря на пытки и издевательства, назвавшаяся Таней девушка не выдала никого из своих товарищей, не назвала номера части и задачи группы. Любимой героиней Зои была красная партизанка времен Гражданской войны Татьяна Соломаха, которую белые зарубили шашками — ее имя девушка и назвала, чтобы не выдать себя.
В 10:30 29 ноября полураздетую, избитую и обмороженную Зою вывели на улицу, где уже была сооружена виселица, с табличкой «Поджигатель домов» на груди. Оккупанты согнали местных жителей, заставив их смотреть на казнь, но многие смогли уйти, чтобы не видеть страшное зрелище. Немцы принялись фотографировать избитую и полураздетую девушку с петлей на шее — эти снимки, найденные в вещах убитого нациста, будут потом приложены к расследованию зверств фашистов, которые проводили следственные органы СССР. Зоя смогла воспользоваться задержкой, оттолкнула изуверов и смогла произнести короткую пламенную речь, которую очевидны описывают по-разному. Но слова, которые передал в своем очерке «Таня» военный корреспондент Пётр Лидов, стали крылатыми: «Я не одна, нас двести миллионов — всех не перевешаете. Вам отомстят за меня!».
Около месяца истерзанное тело Зои Космодемьянской провисело на виселице, постоянно подвергаясь надругательствам со стороны немецких солдат. Только 1 января 1942 года тело партизанки было предано земле за околицей деревни, а всего через месяц в деревню вошли советские войска. После освобождения личность девушки была установлена, на опознании присутствовали её мать Любовь Тимофеевна и 16-летний брат Александр, после чего прах был перезахоронен на Новодевичьем кладбище в Москве. 16 февраля 1942 года Президиум Верховного Совета СССР удостоил Зою Космодемьянскую звания Героя Советского Союза (посмертно) «за отвагу и геройство, проявленные в партизанской борьбе в тылу против немецких захватчиков». Зоя стала первой женщиной, получившей в годы Великой Отечественной войны это высокое звание.
Большую роль в установлении личности и обстоятельств смерти Зои сыграл военный корреспондент Петр Лидов, опубликовавший в газете «Правда» статьи «Таня» и «Кто была Таня» (27 января и 18 февраля 1942 года). В них были такие строки: «Она умерла во вражьем плену на фашистской дыбе, ни единым звуком не выдав своих страданий, не выдав своих товарищей. Она приняла мученическую смерть как героиня, как дочь великого народа, которого никому и никогда не сломить! Память о ней да живет вечно!»
В 1950 году вышла книга матери Любови Космодемьянской «Повесть о Зое и Шуре». Брат Зои Александр после гибели сестры отправился на фронт в возрасте 17 лет, желая отомстить за её смерть. Его тяжёлый танк КВ с надписью «За Зою» освобождал Белоруссию и Прибалтику, дошел до Кёнигсберга, но 13 апреля 1945 года Александр пал смертью храбрых в боях за Фирбруденкруг на Земландском полуострове. Гвардии старший лейтенант, командир батареи САУ ИСУ-152 350-го гвардейского тяжёлого самоходного артиллерийского полка 43-й армии 3-о Белорусского фронта Александр Космодемьянский удостоен звания Героя Советского Союза (посмертно) указом Президиума Верховного Совета СССР от 29 июня 1945 года.
Зоя Космодемьянская стала одним из символов героизма советского народа в Великой Отечественной войне, примером для сотен тысяч молодых людей. Её жизнь и подвиг послужили основой произведений Маргариты Алигер, Роберта Рождественского, Агнии Барто, Юлии Друниной, Василия Дехтерева, Александра Крейна, Нины Макаровой. В 1944 году Лео Арнштам снял фильм «Зоя», музыку к которому написал Дмитрий Шостакович. В 2018 году Ольга Товма сняла фильм «Зоя», а в 2021 году в российский прокат вышел фильм Леонида Пляскина и Максима Бриуса «Зоя».
Память о героической комсомолке увековечена в многочисленных памятниках, бюстах и монументах, установленных по всей России и за её пределами, её имя носят улицы и площади многих городов страны. В селах Осино-Гай и Шиткино были открыты музеи Героев Советского Союза Зои и Александра Космодемьянских, в селе Борщёвка (Тамбовская область) и городе Эдериц (Германия) — музеи имени Героя Советского Союза Зои Космодемьянской. В 2020 году в Петрищево, на месте подвига и казни «Тани», открылся мультимедийный комплекс, посвященный подвигу Зои Космодемьянской.
