Kodály MÁV-tisztviselő édesapját többször is áthelyezték, 1884-től Galántán volt állomásfőnök, fia itt szerette meg a nép dalait. Iskolai tanulmányai mellett szinte teljesen önállóan tanult meg hegedülni, gordonkázni és zongorázni, a zeneirodalommal partitúrákból ismerkedett meg. Budapesten a bölcsészkar magyar-német és a Zeneakadémia zeneszerzés szakán tanult, ahol 1904-ben szerzett diplomát. A következő évben kezdte el a népdalgyűjtést, és megismerkedett Bartók Bélával. Közös kiadványuk 1906-ban jelent meg Magyar népdalok címmel. Kodály első zenekari darabját, a Nyári estét is ebben az évben mutatták be, és ekkor kötött házasságot Sándor Emmával.

Bartókkal közös törekvéseik a modern zene népszerűsítésére és népdalgyűjtésre rendre elakadtak a közönség közönyén és a hivatalos körök ellenállásán. Kodály 1917-1919 között a Nyugatban megjelent cikkeiben a népzene jelentőségét hirdette, és lefektette a Bartók-esztétika alapjait. Az 1918-as polgári forradalom idején a Zeneakadémia aligazgatójává nevezték ki, 1919-ben részt vett a zenei direktórium munkájában, ezért később fegyelmi eljárás indult ellene, évekig nem tanulhatott, és hallgatásra kényszerült.

Elszigeteltségéből a Budapest egyesítésének 50. évfordulójára, alig három hónap alatt írt Psalmus Hungaricus nemzetközi sikere emelte ki 1923-ban, 1926-ban pedig Háry János című daljátéka is világsikert aratott. Nemzetközi ismertsége is egyre nőtt, az 1932-ben bemutatott Székelyfonó, operai méretű népballadája a milánói Scalában is színre került, műveit Arturo Toscanini is vezényelte. Sorra születtek jelentős alkotásai: a Marosszéki táncok (1927-1930), a Galántai táncok (1933), a Buda visszavételének 250. évfordulójára írott Budavári Te Deum (1936), a Fölszállott a páva (1939), a Concerto (1940).

Nevelői tevékenysége egyre szélesedett, ének- és olvasógyakorlatokkal, műveivel segítette a magyar kórusmozgalmat. Zeneelméleti tevékenységének jelentős állomása volt A magyar népzene című monográfiája (1937). Kodály rokonszenvezett a népi írók mozgalmával, a Márciusi Front tevékenységével, tiltakozott a faji megkülönböztetésen alapuló törvények ellen. 1942-ben, hatvanadik születésnapján a zenei élet ünnepelte, és a kormánytól is kapott kitüntetést, egy évvel később az MTA levelező tagja lett.

A II. világháború alatt mentette az üldözötteket, majd neki is bujkálnia kellett, de közben befejezte Missa brevisét - ez lett 1945-ben a főváros második világháború utáni első zenei bemutatója. Részt vett a demokratikus megújulásban, ő lett a Zeneakadémia igazgatótanácsának elnöke, 1946-1949 között az MTA elnöke volt, de maradt ideje külföldi hangversenykörútra is. 1948-ban mutatták be Czinka Panna című daljátékát (a szöveg Balázs Béla műve), 1951-ben a Kállai kettőst a Magyar Állami Népi Együttes előadásában. 1951-től jelentek meg a Magyar Népzene Tára kötetei: a kiadásra Bartók és Kodály még 1913-ban tett javaslatot, a megvalósítást 1934-től Bartók, majd az ő Amerikába távozása után Kodály irányította. Az ötvenes évek elejétől a zeneoktatásban is érvényesültek Kodály elképzelései.

Utolsó nagy művei a Mohács (1965) és a Laudes organi (1966). Első felségének halála után, 1959-ben vette feleségül Péczely Saroltát. Kodály háromszor kapta meg a Kossuth-díjat (1948, 1952, 1957), a Magyar Tudományos Akadémia három emlékkönyvet adott ki tiszteletére, számos egyetem avatta díszdoktorává, és 1965-ben megkapta a Herder-díjat is. Kodály Zoltán 1967. március 6-án halt meg.

Kodály nem volt forradalmi újító, inkább megőrző-összegző művész, zenéje homogén és eredeti. Kórusművei a vokális zenének csak Giovanni Pierluigi da Palestrinához hasonlítható csúcspontját jelentik, zeneszerzői munkásságának legkiemelkedőbb darabja a Psalmus és a Te Deum.

Zeneszerzőként kialakította a magyar prozódia elméletét és gyakorlatát, Bartókkal korszakalkotó munkát végzett a magyar népzene gyűjtésében, feltárásában. Jelentős volt munkássága a néprajz, zenetörténet, zeneesztétika, zenekritika, irodalomtörténet, a nyelvészet és a nyelvművelés területén is. A magyar zene érdekében tudományszervezéssel és ismeretterjesztéssel is foglalkozott, meggyőződése volt, hogy csak az emberi hang, a közös ének lehet a széles körű zenekultúra alapja. Felismerte az ifjúság zenei nevelésének fontosságát, és egész életén át ezért az ügyért harcolt, ideértve az iskolai énekoktatást, a zenei írás-olvasás (szolfézs) alapvető funkcióját a tantervben, valamint a kóruskultúra hazai elemekre építő ápolását. A Kodály-módszer ma már világszerte ismert és követett példa a zenepedagógiában.

Nevét számos közterület (Budapesten a Kodály körönd), oktatási intézmény és kórus viseli.