زهرا رحیمی خامنه، متولد سال ۱۳۵۵ در تهران است. در شهر تبریز تحصیل کرد و دیپلم خود را از دبیرستان فرازنگان این شهر دریافت کرد. در مقطع کارشناسی در رشته مهندسی شیمی در دانشگاه صنعتی شریف تحصیل کرد.

در میان سوابق تحصیلی او گذراندن دوره یک ساله مربوط به رشته مدیریت بازرگانی(MBA) در دانشگاه صنعتی شریف هم وجود دارد.
در مقطع کارشناسی ارشد در رشته برنامه‌ریزی رفاه اجتماعی، از دانشگاه علامه طباطبائی فارغ‌التحصیل شد.

از کودکی نگاه ویژه ای به مقوله عدالت داشت و این موضوع یکی از سوالات ذهنی او بود. در سال پایانی تحصیل در دانشگاه (۱۳۷۷) در کلاسهای تئاتر شارمین میمندی نژاد که در دانشگاه شریف برگزار می شد، شرکت کرد. کلاسهایی که مدرس آن شارمین میمندی نژاد تاکید بر مفاهیمی چون دگرخواهی و نوع دوستی داشت. نتیجه برگزاری این کلاسها تشکیل هسته اولیه جمعیت امام علی (ع) به عنوان یک حرکت اجتماعی بود. به مرور فعالیت های این جمع کوچک دانشجویی در دانشگاههای دیگر گسترش پیدا کرد و جمعیت امام علی فعالیت رسمی خود را با حضور دانشجویان دانشگاههای مختلف آغاز کرد.

زهرا رحیمی از سال ۷۹ که جمعیت امام علی (ع) پایه گذاری شد تا به امروز در فعالیتهای این جمعیت حضور مستمر داشته و در حال حاضر به عنوان مدیر عامل این نهاد دانشجویی – مردمی فعالیت دارد. تمرکز فعالیت های او در سالهای ابتدایی شکل گیری جمعیت بیشتر بر موضوع کودکان مبتلا به سرطان و کودکان کار و خیابان بود. مدتی نیز در مراکز نگهداری از کودکان آسیب دیده بهزیستی فعالیتهایی از سوی جمعیت امام علی انجام داد.

جمعیت امام علی (ع) در ابتدای دهه هشتاد سمینارهایی با موضوع محوری «وضعیت کودکان مبتلا به سرطان در ایران» و «وضعیت کودکان خیابانی در ایران» برگزار کرد که رحیمی در هیئت اجرایی این سمینارها حضور فعال داشت.

رحیمی همچنین در حوزه زنان اقداماتی در جمعیت امام علی انجام داده و یا برنامه‌هایی را طراحی و مدیریت کرده است، از جمله: «ارائه خدمات حمایتی برای زنان آسیب پذیر و فرزندان آنها» ، «انجام مطالعات میدانی در مناطق حاشیه نشین در زمینه وضعیت زندگی زنان پناهنده افغانستان» ، «ایجاد مراکز توانمندسازی اقتصادی برای ۳۰۰ زن» ، «حمایت از زنان باردار در مناطق حاشیه‌نشین و نوزادان آنها که از سوء تغذیه، اعتیاد و هرگونه آسیب جسمی یا عاطفی رنج می برند» ، «برگزاری جلسات بحث و گفتگو برای زنان آسیب پذیر و پناهنده» ، «تقویت مهارت های اجتماعی زنان با زمینه سازی و ایجاد فضایی برای آموزش مهارت‌های اجتماعی»
زهرا رحیمی خامنه در سال ۱۳۹۴ و در مراسم بزرگداشت پنجاهمین سال تاسیس دانشگاه شریف به عنوان یکی از ۵۰ دانش‌آموخته برتر این دانشگاه براساس دو معیار «تاثیرگذاری تخصصی» و «خدمت به جامعه» انتخاب شد.

زهرا رحیمی در سال ۱۳۸۳ با شارمین میمندی نژاد موسس جمعیت امام علی (ع) ازدواج کرد و ثمره این ازدواج دو فرزند دختر است.