Чжоу Сюнь считается одной из четырёх самых популярных актрис нового тысячелетия в Китае наряду с Сюй Цзинлэй, Чжан Цзыи и Чжао Вэй. Она является единственной китайской актрисой, в разное время получившей все самые престижные кинопремии Китая в номинации «за лучшую женскую роль» — «Золотой петух», «Сто цветов», «Hong Kong Film Award» и «Золотая лошадь». Она также стала первой китаянкой, удостоенной премии Asian Film Awards в данной номинации.
Чжоу Сюнь родилась 18 октября 1974 года в семье рабочих: её отец был, правда, киномехаником, уже интересно, а мать — продавщицей в универмаге. Отец страстно любил живопись и искусство, поэтому назвал девочку по имени родоначальника современной китайской литературы — Лу Синя. Вопреки чаяниям отца, который мечтал увидеть дочку художницей, маленькая Чжоу не проявляла никакого интереса к рисованию, но зато живо интересовалась танцами и музыкой. В 14 лет она поступила в Чжэцзянский институт искусств по классу хореографии.
Международное признание актрисе принесли роли в картинах «Река Сучжоу» (2000) режиссёра Лоу Е и «Бальзак и маленькая швея-китаяночка» (2002). За главную роль в первой Чжоу Сюнь была удостоена премии в номинации Лучшая актриса на 15-м кинофестивале в Париже. В 2002 году она снялась в телесериале с «Легенда о Героях-стрелках Орла». Серии с её участием сделали сериал одним из самых популярных в Китае на то время.
В 2005 году Чжоу Сюнь снялась в музыкальном фильме Питера Чана «Возможно, любовь», который закрепил её успех. За роль в этой картине актриса получила семь китайских кинопремий в номинации «Лучшая женская роль». Следующим крупным успехом актрисы стала роль в фильме «Уравнение жизни и смерти», который принёс актрисе ещё семь премий в той же номинации.
В 2008 году Чжоу Сунь досталась роль в романтическом триллере «Иллюзии Лими», где она исполнила роль водителя таксомотора, пытающегося найти пропавшего друга. Съёмки фильма проходили в провинции Юньнань. В том же году она сыграла центральную роль в ленте «Крашенная кожа», ремейке классического сверхъестественного триллера с одноименным названием. Также она снялась в романтической городской комедии «Всё о женщинах», режиссёром которой был Цуй Харк. В том же году актриса была выбрана послом Доброй воли программы развития Организации Объединенных Наций (ПРООН) в Китае с особым акцентом на обеспечение экологической устойчивости. Также она была послом «World Expo» в Шанхае.
В 2010 году Чжоу получила премию лауреата от ПРООН по окружающей среде. Она стала первой в мире актрисой, удостоенной такой чести. Чжоу Сунь совместно с Программой развития Организации Объединённых Наций запустила проект «Наша честь», который выпускает советы о сохранении экологии.
В 2011 году Чжоу Сунь подписала контракт на сотрудничество с всемирно известным брендом «Chanel». Главный дизайнер Карл Лагерфельд отметил Чжоу Сунь за её сильное чувство моды, описав актрису, как «синтез молодой Коко Шанель и балетной труппы Жанмер». В 2012 году актриса дебютировала в Голливуде, снявшись в ленте «Облачный атлас» («Cloud Atlas»). Съёмки проходили в Германии.
Независимо от актёрской деятельности Чжоу Сюнь записала саундтреки для нескольких фильмов, а также выпустила два альбома: «Summer» (2003) и «Come Across» (2005).
16 июля 2014 года Чжоу Сунь вышла замуж за американского актёра китайского происхождения Гао Шэнъюаня, он же Арчи Као. Они познакомились на благотворительной акции, проходящей в Ханчжоу провинции Чжэцзян.
20 августа этого года на телеэкраны Китая вышел исторический сериал при участии Чжоу Сюнь и китайского актера Хо Цзяньхуа — это сиквел критически оцененного проекта «Легенда о Чжэнь Хуань» 2011 года. Сценарий нового сериала «Внутренний дворец: Легенда о Жуи» основан на романе «Легенда о Чжэнь Хуань» Лю Ляньцзи и рассказывает о любовной истории между императором Цяньлунем и его женой.