Mayana Zatz nasceu em Tel Aviv, Israel, em 1947. Mudou-se com a família para a França durante a infância, e finalmente para o Brasil, em 1955. Desde a infância interessou-se por biologia. Em São Paulo, cursou biologia pela Universidade de São Paulo, onde estagiou com o Oswaldo Frota Pessoa, tendo primeiro contato com genética humana.
Formou-se em 1968, e já no ano seguinte iniciou um trabalho de aconselhamento genético de famílias portadoras de doenças neuromusculares. Ainda pela USP, tornou-se mestra em genética em 1970 (com dissertação sobre distrofias musculares progressivas) e doutora em genética em 1974 (expandindo o trabalho de mestrado), ambos também sendo orientada por Frota Pessoa.
Entre 1975 e 1977 nos Estados Unidos, Mayana fez pós-doutorado pela Universidade da Califórnia sob orientação de Michael M. Kaback e David Campion.
Devido ao tratamento precário de doenças musculares no Brasil, ao retornar ao país, Mayana fundou em 1981 a Associação Brasileira de Distrofia Muscular, que trata afetados por distrofias musculares, e onde ainda é diretora presidente.
Em 1995, tornou-se pioneira ao localizar um dos genes ligados a um tipo de distrofia dos membros, junto com Maria Rita Passos-Bueno e Eloísa de Sá Moreira. Juntas, também foram responsáveis pelo mapeamento do gene responsável pela síndrome de Knobloch. Em 1996, ingressou na Academia Brasileira de Ciências.
Em agosto de 2000, foi condecorada com a grã-cruz da Ordem Nacional do Mérito Científico3. No mesmo ano, recebeu a Medalha de Mérito Científico e Tecnológico do Governo do Estado de São Paulo. Em 28 de fevereiro de 2001 na cidade de Paris, recebeu o prêmio latino-americano dos Prêmios L'Oréal-UNESCO para mulheres em ciência. No mesmo ano, recebeu o Prêmio Claudia, oferecido pela Revista Claudia. Em 2006, foi a Personalidade do Ano da Ciência segundo a Revista ISTOÉ Gente.
Em 2009, ganhou o Prêmio México de Ciência e Tecnologia 2008.9 Em setembro do mesmo ano, Mayana ganhou o Prêmio Walter Schmidt, conferido pela empresa Fanem para destacar personalidades que promoveram o desenvolvimento do setor da saúde brasileira.