Tras una formación clásica en el Conservatorio de Viena, donde estudió violín y piano, su curiosidad le llevó a probar toda una serie de instrumentos, sobre todo porque no tenía piano en casa. Tras la Segunda Guerra Mundial y un exilio forzoso en Checoslovaquia, viajó una noche a Múnich y se produjo un momento tan mágico como inesperado cuando la orquesta JATP ofreció una actuación en la ciudad alemana. Lester Young estaba en el escenario y un joven J. Zawinul se encontraba entre el público. A finales de los años 50, había decidido convertirse en músico profesional, tocando todo tipo de instrumentos en escenarios tan variados como bailes, clubes y bases militares. El pianista austriaco Friedrich Gulda, que ya le había escuchado, le ofreció un contrato para trabajar en la radiodifusión. A finales de los años 50, empezó a interesarse por los sintetizadores y formó varios grupos en los que era el líder. Durante este periodo, recibió una ayuda económica que le permitió volar a Estados Unidos y estudiar en la Berklee School of Music de Boston. Tras hacerse un nombre en la escuela, le pidieron que sustituyera al pianista del trío que acompañaba a Ella Fitzgerald. Tras esta actuación, se unió a la banda de Maynard Ferguson por recomendación de uno de los miembros del trío, y Miles Davis le conoció una noche en la que acompañaba a otra gran cantante, Dinah Washington. El trompetista le ofreció un contrato en su banda, pero para seguir con la cantante, Joe Zawinul no respondió favorablemente a esta oportunidad, que pocos músicos habrían rechazado. En 1967, grabó el legendario álbum Mercy, Mercy, Mercy con Julian Cannonball Adderley. A lo largo de los años 60, participó en un gran número de grabaciones que han pasado al canon del jazz, y acabó aceptando una nueva oferta de Miles Davis, con quien se dio a conocer como intérprete y compositor. A principios de los años 70, Joe Zawinul fundó el grupo Weather Report con el saxofonista Wayne Shorter, músico con el que ya había tocado varias veces en años anteriores. Este grupo seminal de jazz eléctrico de los años 70 y 80 se disolvió en 1985. Sin embargo, continuó su carrera internacional, a menudo al frente de proyectos vanguardistas que iban desde dúos a orquestas completas. A finales de los 80, montó un proyecto de gran banda que, entre otras cosas, prefiguró el advenimiento de la World Music bajo la bandera del Zawinul Syndicate.
