В 1929 году семья Космодемьянских оказалась в Сибири. В течение года семья жила в селе Шиткино на Бирюсе, однако затем сумела переехать в Москву. Перед Великой Отечественной войной Зоя училась в 201-й московской средней школе. Осенью 1941 г. она была десятиклассницей. В октябре 1941 г., в самые тяжёлые для обороны столицы дни, когда не исключалась возможность захвата города врагом, Зоя оставалась в Москве. Узнав, что в столице начался отбор комсомольцев для выполнения заданий в тылу противника, она по собственной инициативе пошла в райком комсомола, получила путёвку, прошла собеседование и была зачислена рядовой в состав разведывательно-диверсионной воинской части № 9903. Зою Космодемьянскую в числе других добровольцев обучали навыкам разведывательной работы, умению минировать и взрывать, перерезать проводную связь, совершать поджоги, добывать информацию. После обучения Зоя в составе группы была 4 ноября переброшена в район Волоколамска, где группа успешно справилась с заданием (минирование дороги). Вскоре командирам диверсионных групп воинской части № 9903 было дано задание в течение 5-7 дней сжечь в тылу противника 10 населённых пунктов в Подмосковье, в число которых входила деревня Петрищево Верейского района Московской области. Зоя вместе с другими бойцами была привлечена к выполнению этого задания. Ей удалось поджечь три дома в Петрищево, где расположились оккупанты. Затем она через некоторое время попыталась осуществить второй поджог, но была схвачена фашистами. Несмотря на пытки и издевательства, Зоя не выдала никого из своих товарищей, не сказала номера части и других сведений, составлявших в то время военную тайну. Она не сказала даже своего точного имени, назвавшись на допросе Таней. Фашисты для устрашения населения решили подвергнуть Зою смертной казни через повешение на глазах у всей деревни.

Казнь состоялась 29 ноября 1941 г. Уже с петлёй, накинутой на шею, Зоя успела крикнуть врагам: »Сколько нас не вешайте, всех не перевешаете, нас 170 миллионов. Но за меня вам наши товарищи отомстят». Тело Зои немцы долго не разрешали предать земле и глумились над ним. 16 февраля 1942 г. Зое Анатольевне Космодемьянской было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза. Её именем названы улицы ряда городов, установлен памятник на Минском шоссе близ деревни Петрищево.