Dès ses études secondaires, il adhère aux Jeunesses laïques et républicaines, puis, à sa majorité (21 ans), il s’inscrit au Parti Radical. Il appartient au mouvement des « Jeunes Turcs ». Il devient le porte-parole de l’aile gauche des radicaux. En 1932, à 27 ans, il est élu député du Loiret sous l’étiquette radical-socialiste. En 1936, il est nommé sous-secrétaire d’État à la présidence du conseil. Quelques mois plus tard, il est réélu et devient, à 32 ans, le 4 juin 1936, membre du gouvernement du Front populaire comme ministre de l’Éducation nationale et des Beaux-Arts. En mars 1937, il est élu conseiller général du canton d’Orléans-Nord-Est.
Au début de la Seconde Guerre mondiale, Jean Zay démissionne pour rejoindre l’armée française. En juin 1940, il rejoint Bordeaux pour participer à la dernière session du Parlement qui s’est replié avec le gouvernement dans cette ville et qui débat de la question d’un abandon de la métropole aux troupes allemandes et d’un transfert du gouvernement français en Afrique du Nord. Coupable selon le gouvernement de Vichy de « désertion », il est emprisonné. Le 20 juin 1944, trois miliciens venus le chercher à la prison pour un transfert l’abattent. Les restes de Jean Zay sont identifiés en 1947 et il est inhumé dans le cimetière d’Orléans du 15 mai 1948 à 2015, année de son transfert au Panthéon.