Als Serienjunkie könnte man das Gefühl bekommen, Madeline Zima schon ihr ganzes Leben lang zu kennen. Schließlich übernahm sie ihre erste Serienhauptrolle im zarten Alter von sieben Jahren.
Geboren wurde sie 1985 in New Haven im US-Bundesstaat Connecticut. Sie hat zwei jüngere Schwestern, Vanessa und Yvonne, die beide ebenfalls Schauspielerinnen sind. Ihr Nachname leitet sich vom polnischen Wort für Winter ab und kommt von ihrem Großvater väterlicherseits, der aus Polen stammte. Sie wuchs in Pennsylvania auf und hatte schon früh einen eigenen Agenten. So kam es, dass man sie bereits im Alter von 24 Monaten in einem Werbespot sehen konnte.
Ihren ersten richtigen Auftritt vor der Kamera hat sie im Jahr 1992 in dem Film „Die Hand an der Wiege“. Dieser Film ist nicht nur für Madeline Zima ein Debüt, es ist auch der erste große Film für die Schauspielerin Julianne Moore (30 Rock, „Game Change“).
1993 folgt dann die Rolle der jüngsten Tochter Grace in der Serie The Nanny. Dort spielt sie an der Seite von Fran Drescher. Dieser Rolle bleibt sie bis zum Jahr 1999 treu.
Auch wenn die zwischendurch Gastauftritte gibt. So ist sie in dieser Zeit unter anderem in den Serien Law & Order, JAG und Touched By An Angel zu sehen.
Nach dem Ende der Serie The Nanny folgen diverse TV-Filme und wieder Gastauftritte in Serien, darunter King of the Hill, Gilmore Girls, Ghost Whisperer und Grey's Anatomy.
2007 ergattert sie eine denkwürdige Rolle in der Serie Californication. Sie spielt Mia Lewis, die unter anderem der Hauptfigur Hank den Kopf verdreht. Teil der Rolle ist eine Sex-Szene, in der Madeline Zima mit nacktem Busen zu sehen ist. Da viele Zuschauer sie noch als kleine Grace aus der Serie The Nanny in Erinnerung haben, bekommt diese Nacktszene viel Aufmerksamkeit.
2009 übernimmt sie die Rolle der Gretchen Berg in elf Episoden der Serie Heroes. Wieder folgen Gastauftritte in Serien, darunter Royal Pains und The Vampire Diaries. In letzter spielt sie die Vampirin Charlotte, die der Hauptfigur Damon (Ian Somerhalder) verfallen ist und jahrzehntelang in New Orleans auf ihn wartet.
2012 ist sie in dem Thriller „Breaking the Girls“ in einer Hauptrolle zu sehen. Außerdem spielt sie an der Seite von Sam Trammell (True Blood) in dem Film „Crazy Kind of Love“.
Ihre lustige Seite zeigt sie im selben Jahr in der Komödie „Stuck“.
