Зина родилась 20 февраля 1926 года в Ленинграде в семье рабочего. Окончила 7 классов. Во время Великой Отечественной войны, в период летних каникул, Зина Портнова оказалась на временно оккупированной территории (деревня Зуя близ станции Оболь, ныне в черте поселка городского типа Оболь Шумилинского района Витебской области Беларуси).

В 1942 году юная патриотка вступила в Обольскую подпольную комсомольско-молодежную организацию «Юные мстители» (руководитель — Герой Советского Союза Е.С. Зенькова) и активно участвовала в распространении листовок среди населения и диверсиях против немецко-фашистских захватчиков. Работая в столовой на курсах переподготовки немецких офицеров, по указанию подполья, Зина Портнова отравила пищу. Во время разбирательств, желая доказать немцам свою непричастность, сама съела отравленный суп. Жива осталась чудом…

С августа 1943 года Зина Портнова становится разведчицей партизанского отряда имени К.Е. Ворошилова. В декабре 1943 она получила задание наладить связь с партизанским подпольем. При возвращении в отряд Зина была арестована. Во время допроса отважная девушка схватила со стола пистолет фашистского следователя, застрелила его и еще двух гитлеровцев, пыталась бежать, но была схвачена и зверски замучена в январе 1944 в деревне Горяны (ныне Шумилинского района Беларуси).

За проявленный героизм в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 июля 1958 года Портновой Зинаиде Мартыновне присвоено звание Героя Советского Союза — посмертно.