Elle a grandi à Los Angeles en Californie, où elle a commencé sa carrière d'actrice en faisant ses premiers pas devant la caméra à l'âge de 6 ans. Après quelques rôles dans des séries télévisées telles que "ER" et "Monk", Zoey Portland a fait ses débuts au cinéma avec le film "W." (2008), où elle jouait le rôle de la sœur cadette du personnage interprété par Emma Watson.
En 2010, Portland a rejoint le casting principal de la série télévisée "Big Love", qui l'a rendue largement connue. Elle y incarnait Billie Henrickson, la fille aînée de Bill Henrickson (interpreté par Bill Paxton). Pour ce rôle, elle a été nommée pour le Young Artist Award en 2010 et 2011.
En plus de son travail sur "Big Love", Portland a joué des rôles dans les séries télévisées "Sons of Anarchy" (2011), "Awkward" (2014-2016) et "Good Girls Revolt" (2015). En 2017, elle a été choisie pour interpréter le rôle de la princesse Elsa dans le film d'animation "Le Secret de l'île enchantée", version anglaise.
En 2018, Portland a sorti son premier album solo intitulé "Invisible in the Scrub". Elle y explorait différents styles musicaux tels que la pop et le rock alternatif. Plus tard cette année-là , elle a joué dans les courts métrages "The Last Time You Had Fun" et "All These Small Moments".
Actuellement, Portland est en train de tourner pour la série télévisée "The Act", diffusée sur Hulu. Elle y interprète le rôle de Mia, une adolescente qui vit à Cleveland (Ohio) et se voit contrainte de passer un an dans un couvent catholique, où elle devra affronter les duretés du monde extérieur ainsi que ses propres démons.
En plus de sa carrière d'actrice et de chanteuse, Zoey Portland est connue pour son activisme en faveur des droits LGBTQ+. Elle s'est engagée dans plusieurs campagnes et événements qui s'efforcent à améliorer la vie des personnes queer.