Zarlino studierte bei Adrian Willaert in Venedig. 1565 trat er die Nachfolge von Cypriano de Rore als Kapellmeister am Markusdom in Venedig an und hatte diese Stelle bis zu seinem Ableben inne.
Das von ihm überlieferte kompositorische Schaffen ist übersichtlich und umfasst neben anderen Werken einige Motetten und Madrigale. Musikgeschichtlich bedeutsamer ist seine Arbeit als Musiktheoretiker. Viele nennen ihn den „Vater der modernen Musiktheorie“. Sein bekanntester Schüler war der Musiktheoretiker und Komponist Vincenzo Galilei, der Vater von Galileo Galilei. Ein weiterer bekannter Schüler ist Giovanni Croce.
Zarlino ließ sich 1548 von Domenico de Pesaro ein Cembalo mit 19 Tasten pro Oktave bauen, um darauf Musik der griechischen Antike und Kompositionen seiner Zeit zu spielen.
Frieder Rempp: Elementar- und Satzlehre von Tinctoris bis Zarlino. In: Italienische Musiktheorie im 16. und 17. Jahrhundert. Antikenrezeption und Satzlehre (= Geschichte der Musiktheorie, Band 7), Darmstadt: Wissenschaftliche Buchgesellschaft, S. 39–220
↑Vgl. Frieder Rempp: Elementar- und Satzlehre von Tinctoris bis Zarlino. In: Frieder Zaminer (Hrsg.): Geschichte der Musiktheorie. Band 6: Hören, Messen und Rechnen in der frühen Neuzeit. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1987, ISBN 3-534-01206-2, S. 39–220.