Ukończyła polonistykę na Uniwersytecie Warszawskim. Po studiach pracowała między innymi w gazecie „Głos Ludu” jako korektorka oraz w Polskim Radiu, współtworząc od 1960 roku powieść radiową W Jezioranach.
W jej twórczości dominowała tematyka obozowa. Wynikało to z jej doświadczeń życiowych, w czasie II wojny światowej była ona bowiem więziona w niemieckim obozie koncentracyjnym Auschwitz, gdzie padła ofiarą eksperymentów pseudomedycznych, a także w obozach Ravensbrück i Neustadt-Glewe.
W 1945 roku zadebiutowała artykułem w „Głosie Ludu” Znam katów z Belsen. Więźniarka z Oświęcimia opowiada o działalności oskarżonych w Lüneburgu; podpisała go nie nazwiskiem, lecz numerem obozowym 7566. Rozgłos przyniosło jej słuchowisko radiowe Pasażerka z kabiny 45, na motywach którego powstał film Pasażerka w reżyserii Andrzeja Munka, a następnie książka pod tym samym tytułem. Stała się ona inspiracją dla Mieczysława Wajnberga, który napisał operę, wystawioną po raz pierwszy w 2010 roku na deskach Teatru Wielkiego w Warszawie. Akcja tej powieści rozgrywa się na luksusowym transatlantyku, którym płyną z Hamburga do Rio de Janeiro Liza i Walter Kretschmerowie. On ma właśnie objąć posadę radcy ambasady zachodnioniemieckiej w Brazylii, ona cieszy się na myśl o towarzyskiej pozycji żony dyplomaty. Dobry nastrój kobiety burzy spotkanie z byłą więźniarką, swoją ofiarą z czasów, kiedy była esesmanką i strażniczką w obozie koncentracyjnym w Auschwitz. Spotkanie to zmusza obie bohaterki do stawienia czoła przeszłości.
Do obozowych wspomnień nawiązuje też książka Wakacje nad Adriatykiem. To historia przyjaźni dwóch więźniarek, Ptaszki i Sekretarki. Każda z nich na inny sposób odbierała rzeczywistość i inaczej odnosiła się do kwestii przetrwania. Narracja powieści prowadzona jest z punktu widzenia Sekretarki, a akcja dzieje się kilkanaście lat po wojnie nad morzem, gdzie bohaterka spędza wakacje, podczas których powracają do niej dramatyczne przeżycia. Z kolei w Chrystusie oświęcimskim autorka opisuje losy obozowego talizmanu – medalika wytworzonego w warsztatach obozu Auschwitz i ofiarowanego jej przez kpt. Tadeusza Paolone, ps. Lisowski, który zginął za udział w obozowej konspiracji.
Historię swojego życia Zofia Posmysz opowiedziała Michałowi Wójcikowi w wywiadzie-rzece Królestwo za mgłą. Stała się też bohaterką filmu dokumentalnego Grzegorza Gajewskiego, Szrajberka z Auschwitz.
Jest laureatką licznych nagród, w tym Nagrody Komitetu ds. Radia i Telewizji za osiągnięcia autorskie w dziedzinie słuchowisk (1976), Nagrody im. Witolda Hulewicza (2007), Nagrody Ministra Kultury „za wybitne osiągnięcia w krzewieniu kultury polskiej” (2008), Złotego Medalu „Zasłużony Kulturze Gloria Artis” (2013). W 2014 roku odsłoniła swoją płytę w oświęcimskiej Alei Pisarzy przy Miejskiej Bibliotece Publicznej w Oświęcimiu, a rok później Federalny Związek Towarzystw Niemiecko-Polskich przyznał jej nagrodę Dialogu (Dialog-Preis) za wkład w rozwój stosunków między obydwoma krajami i narodami. Otrzymała najwyższe oznaczenia państwowe: Srebrny Krzyż Zasługi (1955), Krzyż Kawalerski Orderu Odrodzenia Polski (1964), Krzyż Oficerski Orderu Odrodzenia Polski (1970), a w 2020 roku ostała uhonorowana Orderem Orła Białego.
