Damien Zanoly a débuté sa formation d’acteur à l’École Claude Mathieu. Il commence par jouer dans Les Précieuses Ridicules de Molière, mise en scène de Pénélope Lucbert, ou encore Sallinger de Koltès, mise en scène de Nicolas Hardy. En 2010, il intégre le Conservatoire national supérieur d’art dramatique.
Damien Zanoly travaille entre autres avec Daniel Mesguich, René Feret, Philippe Calvario et Nathalie Bate.
Il rejoint ensuite la troupe de Jean Bellorini avec La Bonne Âme du Se Tchouan de Brecht. En 2014, il interprète Charly 9 dans l’adaptation théâtrale du roman éponyme de Jean Teulé et joue dans Ni dieu ni diable, lauréat du Prix Théâtre 13. Il donne également la réplique à Michel Bouquet et Francis Lombrail dans la pièce À tort et à raison de Ronald Harwood.
Il tient l’un des rôles principaux du film Je vous ai compris réalisé par Franck Chiche, sorti en 2013.
Il a joué également dans le long-métrage d’Yvan Attal, Le Brio,  sorti fin 2017.