Henüz 2 yaşındayken sinemaya adım atan ve çok sayıda filmde rol alma başarısı gösteren Zeynep Değirmencioğlu 'Ayşecik' filmiyle Türk sinemasında çığır açtı. 20'li yaşlarından itibaren sinemayı bırakan oyuncunun son halini görenler tanımakta zorlandı.
Beyazperdeye henüz iki yaşındayken "Papatya" filmiyle geçti. Daha sonra "Duvaklı Göl", "Funda" gibi filmlerde, çocuk yıldız olarak göründü. Ama esas ününü 1960’da “Ayşecik” filmleri ile yaptı.
"Ayşecik", Türk sinemasında bir çığır açtı. Bundan sonra kendi adından çok bu isimle anıldı.
Filmleri yurt içinde olduğu kadar, özellikle komşu ülkelerde de aynı ilgiyi gördü. Çeşitli kuruluşların armağanlarını kazanan Değirmencioğlu, senaryo yazarı Hamdi Değirmencioğlu’nun kızı, kendisi gibi çocuk yaşta Yeşilçam filmlerinde rol almış olan ve Ömercik adı ile ünlenen Ömer Dönmez'in kuzenidir.
Sonraki yıllarda genç kız rollerine çıkarak Yeşilçam'daki ününü sürdürmeye devam eden Değirmencioğlu, dönemin Fenerbahçeli futbolcusu ve daha sonra Fenerbahçe SK yöneticilerinden Serkan Acar (d. 1948 - ö. 2013) ile evlendikten sonra 1974 yılında rol aldığı Macera Yolu filminin ardından sinemayı bıraktı. 2010 tarihinde eşi Serkan Acar'a şiddetli geçimsizlik nedeniyle boşanma davası açtı.
1990 yılından bu yana İstanbul'da emlakçılık yapan Zeynep Değirmencioğlu Erkan ve Volkan adında iki çocuk annesidir. Sinemayı hiç özlemediğini belirten Değirmencioğlu, 2012 senesinde, İstanbul'un Fenerbahçe semtinde, kendi soyadını taşıyan Değirmencioğlu Kebap Ocakbaşı Restaurantını hizmete açmıştır.