Родилась 28 марта 1918 года на станции Шилка Забайкальской области (ныне – город Шилка Забайкальского края) в семье проводника санитарного вагона. Русская.
В декабре 1941 года окончила Хабаровский медицинский институт. С января 1942 года работала ординатором гинекологического отделения Хабаровской краевой клинической больницы. В 1964 году вступила в КПСС.
С 1964 года – заведующая гинекологическим отделением Хабаровской краевой клинической больницы.
Не было таких гинекологических операций, которые не смогла бы сделать Зинаида Ильинична. Она бралась за самые сложные, самые тяжёлые случаи, добилась больших успехов в пластических операциях. Многим женщинам искусство Зинаиды Ильиничны вернуло счастье жизни, избавив от тяжёлых недугов. Ей удалось создать в своем отделении крепкий и дружный коллектив, который славился хорошим уходом за больными, внимательностью к людям, безупречно честным отношением к своему врачебному долгу. И примером всему была сама Зинаида Ильинична – прекрасный диагност, отличный организатор, человек с большим чувством ответственности, внимательный и заботливый товарищ. Она всегда охотно делилась своим богатым опытом с коллегами не только в городе, но и в крае. У нее было много учеников. Искусство врача в соединении с большой человечностью принесло Зинаиде Ильиничне всенародное признание.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 4 февраля 1969 года за большие заслуги в области охраны здоровья советского народа Венцовой Зинаиде Ильиничне присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».
Избиралась депутатом Хабаровского городского Совета народных депутатов.
В конце 1980-х годов, проработав в системе краевого здравоохранения свыше 45 лет, вышла на заслуженный отдых.
Жила в Хабаровске. Умерла 29 апреля 2007 года. Похоронена в Хабаровске на Центральном кладбище.
Награждена орденами Ленина (04.02.1969), «Знак Почёта» (02.12.1966), медалями.