Зиновий Толкачёв родился 25 февраля (12 по старому стилю) 1903 года в еврейской земледельческой колонии Щедрин Бобруйского уезда Минской губернии. С 1909 по 1919 год он обучался в ремесленном отделении киевского казённого еврейского училища. Потом он полгода учился в художественной школе. В связи с тяжелым материальным положением Зиновий был вынужден оставить школу и начать работать учеником у мастера по росписи вывесок. Позже он работал в «живописной артели» Манна, где рисовал киноафиши.
После Октябрьской революции, в 1919 году Зиновий вступил в ряды украинских комсомольцев.
В 1920 году Зиновий приезжает в Москву учиться в Высших художественно–технических мастерских( ВХУТЕМАСе) у художников П. Кончаловского и А. Осмёркина.
В 1920 году Зиновий возвращается в Киев, становится заведующим политпросветом Подольского, а затем Шулявского райкомов комсомола. С 1924 по 1927 год он служит в Красной Армии. В 1928 –1930 годах он преподаёт в Киевском художественном институте. Перед началом Великой Отечественной войны его приглашают на должность декана в Киевский художественный институт. В 1930-е годы он занимался книжной графикой, создал иллюстрации к произведениям «Мать» М. Горького, «На западном фронте без перемен» Э.М. Ремарка и другим. Также он создал цикл литографий «Трипольская трагедия» (1937).
Во время Великой Отечественной войны Зиновий служил художником в подразделении Красной Армии, которому было поручено документирование преступлений фашистов на оккупированных территориях. Он был одним из первых советских солдат, вошедших в Польшу по следам гитлеровцев, оставлявших за собой оскверненные кладбища и взорванные дома, одним из первых ступивших на территорию брошенных «городов смерти» – Майданека и Освенцима. Сотрудничая с комиссией по расследованию нацистских преступлений, Зиновий Шендерович лихорадочно фиксировал увиденное на всём, что попадало под руку: бланках дирекции концлагерей, счетах газовых компаний, поставляющих в Освенцим «циклон Б». Очень точно о его творчестве написал Виктор Некрасов: «Я не знаю документов – именно документов! – сильнее набросков Зиновия Толкачёва». Некоторые из его рисунков фигурировали в качестве доказательств преступлений нацистов на Нюрнбергском процессе. Увиденное в концлагерях глубоко потрясло его и он написал серии картин «Майданек», «Освенцим» и «Цветы Освенцима». От имени польского правительства альбомы «Майданек» и «Цветы Освенцима» были разосланы главам стран антигитлеровской коалиции, министрам союзных государств и военачальникам. После войны Толкачёв участвовал в работе над проектом мемориала в память трагедии в Бабьем Яре в Киеве. В период с 1950 по 1960 год его работы были объявлены «сионистско–религиозными», его творчество было названо «глубоко порочным», а сам он заклеймён как «воплощение безродного космополитизма и буржуазного национализма». В последующие годы Толкачёв выполнил серию портретов украинских писателей, продолжал работать над серией «Местечко» и иллюстрировал книги – «Мамаша Кураж и её дети» Б. Брехта (1965). Творчество Зиновия Толкачёва представляет историческую и художественную ценность. Его работы – свидетельство жестокого времени, выражение любви к людям, веры в победу человечности над злом, жизни над смертью. Они будят память и совесть многих поколений, не позволяя миллионам жертв Второй мировой войны превратиться в сухую, назойливую цифру.
Работы Зиновия Толкачёва демострировались на выставках в Киеве и Москве «Великая скорбь» (1928–1931), по мотивам творчества Шолом-Алейхема (серии работ «Местечко», 1939), выставках в городах Польши Люблин, Жешув, Краков, Катовице, Лодзь и Варшава (1945–1946). Его персональные выставки прошли в здании Музея искусств мемориального комплекса «Яд ва-Шем» (24 февраля 2000) и «Забвению не подлежит» в Харьковском музее Холокоста (2011). Работы Зиновия Шендеровича экспонировались в большинстве городов Украины, а также в Москве, Ленинграде, Праге, Варшаве, Венеции, Филадельфии, Копенгагене и Амстердаме.
Работы Зиновия Толкачёва находятся в Харьковском музее Холокоста, Музее Концентрационного лагеря Аушвиц–Биркенау (Освенцим, Польша), Музее-мемориале «Яд ва-Шем» в Иерусалиме и в частных собраниях.
Зиновий Толкачёв скончался 30 августа 1977 года в Киеве.
