Urodziła się w rodzinie lekarza Stanisława Pareńskiego i Elizy z domu Mühleisen, siostra Adama (1881–1885), Marii, Elizy i Jana (1889–1919). Na chrzcie świętym otrzymała imiona Zofia Maria Stanisława, jej matką chrzestną była Maria Mühleisen, a ojcem chrzestnym Stanisław Domański (mąż Antoniny Domańskiej – będącej pierwowzorem Radczyni z Wesela)[1]. Jej postać również pojawiła się w Weselu jako Zosia[2].
Od młodości miała wielu adoratorów, np. poeta Artur Górski dedykował jej swoje wiersze, zabiegał też o nią Adam Rydel, młodszy brat Lucjana, oraz Edward Żeleński. Gdy miała 16 lat, oświadczył jej się Tadeusz Żeleński[3] – zaręczyli się oficjalnie 1 maja 1903 r.[2] Nie została dobrze przyjęta przez rodzinę męża, która uważała jej niepochodzącą ze szlachty rodzinę za niewłaściwą dla ich syna[3]. 7 czerwca 1904 w kościele św. Mikołaja w Krakowie wyszła za Tadeusza Żeleńskiego[1]. Mieli jedno dziecko - syna Stanisława (ur. 23 lutego 1905 w Krakowie, zm. 3 grudnia 1981)[4]. Była portretowana przez malarzy Stanisława Wyspiańskiego, m.in. w 1905 na obrazie Macierzyństwo (Zofia Żeleńska karmiąca) razem ze swym trzymiesięcznym synem, oraz przez Stanisława Ignacego Witkiewicza[5].
Kiedy w 1905 r. powstał kabaret literacki Zielony Balonik, Zofia i jej siostra Eliza robiły dekoracje do przedstawień i szyły kostiumy. Żeleńska wspierała też decyzję męża o zaangażowaniu się w kabaret w roli autora i o porzuceniu kariery lekarskiej. Zofia pomagała też mężowi w pracy przy tłumaczeniach literatury francuskiej: redagowała i robiła korekty, a nawet bywała współautorką przekładu[3].
Po 1910 r. i romansie męża z Jadwigą Mrozowską, Żeleńska pozwala mężowi na utrzymywanie relacji pozamałżeńskich, jednocześnie nawiązując oficjalnie romans z Rudolfem Starzewskim, a potem z Witkacym[3].
We wrześniu 1939 r. rozdzielili się z mężem, gdy znajomy zaproponował jej miejsce w aucie zamiast jazdy pociągiem ewakuacyjnym. Podczas gdy Boy trafił do Lwowa, Żeleńska ostatecznie wróciła do Warszawy. W okresie okupacji sprzedawała książki i ciasta, a ich mieszkanie stało się punktem kontaktowym Armii Krajowej, a także miejscem organizacji tajnych kompletów. W 1940 udzielała gościny m.in. niedawnej kochance męża Irenie Krzywickiej. W czasie sowieckiej okupacji Lwowa Boy wspierał żonę finansowo, ale po zajęciu miasta przez Niemców został rozstrzelany, o czym Żeleńska dowiedziała się dopiero wiosną 1942 r.[3]
W latach 1942–1944 porządkowała i przepisywała rękopisy męża, ale uległy one zniszczeniu wraz z całym mieszkaniem w czasie powstania warszawskiego. Po ewakuacji ludności cywilnej z Warszawy krótko przebywała w Krakowie u wdowy po Stanisławie Żeleńskim i w Łodzi, gdzie dostała kwaterunek w jednej z dwóch kamienic oddanych literatom[6], po czym powróciła do Warszawy[3]. Do ostatnich dni opiekowała się spuścizną męża, walcząc o wydanie Biblioteki Boya[1], o prawa autorskie męża, negocjując z wydawcami wznowienia i publikację nieznanych utworów, przy tym nie zgadzając się na odstępstwa od oryginałów. Udzielała się przy przyczynkach do biografii męża, ale zawsze odmawiała rozmowy na tematy osobiste[3].
Zmarła w Warszawie 13 maja 1956 r. – przypuszczalnie na raka płuc[3] i została pochowana 16 maja 1956 na cmentarzu Powązkowskim, gdzie spoczął także jej syn i synowa (kwatera 154b-2-22)[7].
