Zhou Guanyu va néixer el 30 de maig de 1999 a Shanghai, Xina. Va començar a competir en el món del karting als 8 anys, i va guanyar el campionat de karting de Xina l’any 2009. Després de diversos èxits en el campionat asiàtic de karting, va passar a la Fórmula 4 xinesa, on va guanyar el campionat el 2015.
El 2016 va participar en la Fórmula 3 asiàtica, on va acabar en tercera posició a la classificació general amb una victòria. Va continuar en aquesta categoria fins al 2018, quan va ser contractat pel programa de joves pilots de Renault.
El 2019, Zhou va competir a la Fórmula 2 amb l’equip UNI-Virtuosi Racing. Va obtenir cinc podis, incloent-hi una victòria a la cursa curta de l’últim cap de setmana de la temporada a Abu Dhabi, i va acabar setè a la classificació general.
El 2020, Zhou va continuar a la Fórmula 2 amb UNI-Virtuosi Racing. Va obtenir quatre podis, però no va guanyar cap carrera i va acabar en dissetena posició a la classificació general.
El 2021, Zhou va ser contractat per Alfa Romeo per a la temporada de Fórmula 1, convertint-se en el primer pilot de la Xina en competir en la categoria reina del motorsport. Va ser company de Valtteri Bottas i va portar el dorsal 24. Va obtenir el seu primer punt a la seva primera cursa, el Gran Premi de Bahrain, on va acabar en desena posició després d’haver qualificat en quinzena posició. Va aconseguir un altre punt al Gran Premi d’Itàlia, on va acabar desè després que la cursa es va acabar sota el cotxe de seguretat. Va acabar la temporada en divuitena posició a la classificació general amb 6 punts, mentre que Bottas va acabar en sisena posició amb 49 punts.