Zátopek 1922. szeptember 19-én született Koprivnicében, a családban hatan voltak testvérek. Tizenhat évesen kezdett dolgozni a zlíni Bata cipőgyárban. 1940-ben elindult egy, a gyár által szponzorált 1500 méteres mezei futóversenyen, s minden edzés nélkül második lett. A siker nyomán kedvet kapott a futáshoz, s versenyszerűen sportolni kezdett, 1944-ben már ő tartotta a csehszlovák rekordot 2000, 3000 és 5000 méteren.
26 éves volt, amikor az 1948-as londoni olimpián, kevés nemzetközi tapasztalattal a háta mögött megnyerte a 10 ezer méteres síkfutást, 5000 méteren pedig megszerezte a második helyet. Zátopek 1948 és 1954 között uralta a hosszú távú futóversenyeket: egymás után 38-szor diadalmaskodott a tízezer méteres versenyszámban, egyedül 1949-ben 11 alkalommal. A különböző távokon 18 világrekordot állított fel, ő futotta elsőként 29 percen belül a tízezer métert és egy órán belül a húszezret.
Zátopek az 1952-es helsinki olimpián addig és azóta is egyedülálló módon megnyerte nemcsak az ötezer és a tízezer méteres síkfutást, de a maratoni futást is, ráadásul mindegyiket új olimpiai rekorddal. Teljesítménynek értékét tovább növeli, hogy addig maratont még nem is futott versenyen. Ekkor már felesége volt a gerelyhajító Dana Ingová (Zátopková), aki ugyancsak a finn fővárosban lett a női gerelyhajítás olimpiai bajnoka, ugyanazon a napon, amikor férje megnyerte az 5000 méteres döntőt.
Zátopek három Eb-aranyat is nyert: 1950-ben kettőt, 1954-ben egyet (akkoriban még nem rendeztek világbajnokságot), s háromszor (1949, 1951, 1952) választották meg a világ legjobb sportolójának. 1955-ben felállított két világrekordot (15 mérföldön és 25 ezer méteren), de az 1956-os melbourne-i olimpia előtt sérvműtéten esett át, és csak hatodik lett a maratoni futásban, a következő évben pedig bejelentette visszavonulását.
Zátopeket különleges, elegánsnak egyáltalán nem nevezhető futóstílusáról lehetett felismerni: úgy tűnt, hogy fejét és törzsét forgatva szinte kínlódva rója a köröket, a "prágai lokomotív" elnevezést azért kapta, mert futás közben gyakran zihált és fújtatott. Nemcsak versenyzőként alkotott maradandót, de elméleti vonatkozásban is: kidolgozta az úgynevezett intenzív intervallumos (iramváltásos) futóedzés elméletét, amely napjainkban is a futók felkészülésének alapját képezi.
Zátopek 1952-es triplázása
Zátopek hazájában nemzeti hősnek számított, ezredesként dolgozott a honvédelmi minisztériumban. A fáma szerint ő járta ki 1957-ben a hidegháború tetőpontján Antonín Zápotocky csehszlovák államfőnél, hogy az olimpiai aranyérmes csehszlovák diszkoszvető, Olga Fikotová feleségül mehessen amerikai választottjához, az ugyancsak olimpiai aranyérmes kalapácsvető Harold Connollyhoz. Zátopek a kommunista párt demokratikus szárnyához tartozott, tiltakozott a prágai tavasz eltiprása ellen, így 1968 után kizárták a pártból és a hadseregből, s uránbányába, majd szeméttelepre küldték dolgozni. A rendszerváltás után 1990-ben rehabilitálták, majd 1998-ban életművéért Fehér Oroszlán Érdemrenddel tüntették ki.
A legendás futó hosszas betegeskedés után 78 éves korában, 2000. november 22-én hunyt el Prágában. Halála után a Nemzetközi Atlétika Szövetség (IAAF) Arany Érdeméremmel tüntette ki, Csehországban az Évszázad sportolójává választották, s posztumusz Pierre de Coubertin érmet kapott. Születésének nyolcvanadik évfordulóján a cseh posta bélyeggel emlékezett meg a futólegendáról, a NOB lausanne-i központjában lévő Olimpiai Múzeum kertjében és Prágában is szobrot állítottak tiszteletére. Idén júniusban 12 perces, Zátopekről szóló minioperát mutattak be Liverpoolban.