25 mart 1945-ci ildə Laçın rayonunun Minkənd kəndində anadan olub.

1951–1961-ci illərdə Minkənd orta məktəbində təhsil alıb.

1961–1966-cı illərdə N.Nərimanov adına Azərbaycan Dövlət Tibb İnstitutunun stomatologiya fakultısində təhsil alıb.

1966-cı ildən Laçın rayonu Alxaslı kəndində həkim stomatoloq və 1967–1968-ci illərdə Minkənd xəstəxanasının baş həkimi işləmişdir.

1969-cu ildə Azərbaycan dövlət Həkimləri Təkmilləşdirmə İnstitutuna aspiranturaya stomatologiya kafedrasına qəbul olunub.

1974-cü ildə Krasnodar Dövlət Tibb İnstitutunda dissertasiya müdafiə edərək tibb elmləri namizədi alimlik dərəcəsi almışdır.

1985-ci ilə qədər Ə. Əliyev adına ADHTİ-də aspirant olmuş, metodist və stomatologiya kafedrasında assistent işləmişdir.

1980–1985-ci illərdə Ə. Əliyev adına ADHTİ-nin Həmkarlar İttifaqı Komitəsinin sədri fəzifəsində işləmişdir.

1985-ci ildə müsabiqə yolu ilə ADTİ-nun ortepedik stomatologiya kafedrasında assistent, 1987-ci ildə dosent vəzifəsinə seçilmişdir, 2005-ci ildən həmin kafedranın professorudur.

2000-ci ildə Moskva şəhərində Mərkəzi Elmi-Tədqiqat Stomatologiya İnstitutunda doktorluq dissertasiyasını müdafiə edərək tibb elmləri doktoru alimlik dərəcəsi almışdır.

Zöhrab Qarayev 160-dan çox elmi işin, o cümlədən 1 monoqrafiya, 6 dərslik və dərs vəsaiti, 8 metodik vəsait və 5 səmərələşdirici təklifin müəllifidir. Elmi işləri Azərbaycanda və xaricdə çap olunub.

Müxtəlif xarici ölkələrdə, o cümlədən ABŞ, Almaniya, Avstriya, İsveç, Portuqaliya, Rusiya, Türkiyə, Ukrayina, Sinqapur, İran, Rusiya, Qazaxıstan, Özbəkistan, Gürcüstan, Hindistan, Tayland və digər ölkələrdə keçirilən konqress və sinpoziumlarda iştirak və çıxışlar edib.

Zöhrab Qarayev ADTU-nin Elmi Şurasının və Dissertasiya Şurasının, ASA-nın, Beynəlxalq Stomotoloqlar Assosiyasiyasının (FDI) və Avropa Regional Təşkilatının (ERO) üzvüdür.

O "Səhiyyə əlaçısı" döş nişanı ilə təltif olunub.

1990-cı ildən 2000-ci ilə qədər Azərbaycan Dövlət Tibb Universitetinin stomatologiya fakültəsinin dekanı vəzifəsində işləmişdir.

2004–2007-ci illərdə ATU-nin stomatoloji klinikasının direktoru vəzifəsində işləmişdir.

Z. Qarayev 2005-ci ildən ADTU-nin ortopedik stomatogiya kafedrasının professoru vəzifəsində çalışır.

2010-cu ildə Azərbaycan Respublikası Prezidentin sərəncamı ilə "Əməkdar həkim" fəxri adı verilmişdir.

2011–2017-ci illərdə ikinci dəfə ATU-nin stomatologiya fakültəsinin dekanın vəzifəsində işləmişdir.