Rosel Zech, geboren am 7. Juli 1940 in Berlin als Tochter eines Binnenschiffers und einer Schneiderin, wuchs in Hoya an der Weser auf. Nach der Realschule besuchte sie das Max-Reinhardt-Seminar in Berlin, verließ es aber vorzeitig. Ihr erstes Theaterengagement erhielt sie 1962 in Landshut am Südostbayerischen Städtetheater, es folgten Engagements in der Schweiz am Städtebundtheater in Biel/Solothurn und am Sommertheater in Winterthur. Weitere Stationen ihrer Theaterkarriere waren unter anderen das Schauspielhaus in Wuppertal, das Württembergische Landestheater in Stuttgart, das Schauspielhaus Bochum, das Deutsche Schauspielhaus Hamburg, die Freie Volksbühne Berlin und das Bayerische Staatsschauspiel. 1977 wurde sie für ihre Verkörperung der Titelrolle von "Hedda Gabler" von der Zeitschrift "Theater heute" zur Schauspielerin des Jahres gewählt.

Nach ihrem Fernsehdebüt in der Sean O'Casey-Adaption "Der Pott" (1970), unter der Regie von Peter Zadek, war sie im Kino zuerst in einer kleinen Nebenrolle in Ulli Lommels "Die Zärtlichkeit der Wölfe" (1973) zu sehen, produziert von Rainer Werner Fassbinder, unter dessen Regie sie später berühmt wurde. Zunächst folgten weitere Literatur-Adaptionen für das Fernsehen wie "Kleiner Mann - was nun?" und "Die Möwe". 1977 wurde sie einem breiteren Fernsehpublikum durch ihre Rolle als Mutter eines der "Vorstadtkrokodile" in dem immens erfolgreichen gleichnamigen TV-Film bekannt. 1979 spielte sie in Peter Fleischmanns Seuchenthriller "Die Hamburger Krankheit" eine zentrale Nebenrolle.

1981 spielte Rosel Zech zum ersten Mal unter der Regie von Fassbinder. In "Lola" besetzte er sie als Ehefrau von Mario Adorf. Im Jahr darauf war sie in ihrer wichtigsten Hauptrolle zu sehen, die sie berühmt machte: In "Die Sehnsucht der Veronika Voss" spielte sie die Titelfigur, eine morphiumsüchtige Schauspielerin, die langsam zugrunde geht – angelehnt an das Schicksal des Ufa-Stars Sybille Schmitz. Der Film wurde auf der Berlinale mit dem Goldenen Bären ausgezeichnet.

Nach weiteren Fernseharbeiten wie dem Zweiteiler "Die Geschwister Oppermann" (1982) von Egon Monk, "Mascha" (1983) von Hans-Eberhard Quelle, für den sie mit dem Deutschen Darstellerpreis ausgezeichnet wurde, "Ein fliehendes Pferd" (1984) von Peter Beauvais und Auftritten in Serien wie "Die Knapp-Familie" (1981-83) war Zech im Kino in den beiden Alexander-Kluge-Filmen "Der Angriff der Gegenwart auf die übrige Zeit" (1985) und "Vermischte Nachrichten" (1986) zu sehen. Unter der Regie von Percy Adlon spielte sie an der Seite von K. D. Lang 1991 in "Salmonberries", der ihr Gesicht auch international bekannt machte und für den sie den Bayerischen Filmpreis als Beste Darstellerin erhielt. Weitere Kinoauftritte in späteren Jahren hatte sie beispielsweise in Max Färberböcks "Aimée & Jaguar" (1998), Dani Levys "Väter" (2002), Stefan Ruzowitzkys "Anatomie 2" (2002) und Hendrik Hölzemanns "Kammerflimmern" (2004).

Im Fernsehen war Rosel Zech wesentlich häufiger zu sehen, so in zahlreichen Auftritten in Serien wie "Tatort", "Der Alte", "Derrick", "Ein Fall für zwei", "Ärzte" und "Siska" sowie ambitionierten Fernsehfilmen und Mehrteilern wie "Hemingway", "Fabrik der Offiziere" und "Die Bertinis". Von 2002 bis 2011 verkörperte sie die Mutter Oberin Elisabeth Reuter in der ARD-Serie "Um Himmels Willen".

Rosel Zech, die bis zuletzt auch immer wieder an verschiedenen Bühnen spielte, erlag am 31. August 2011 in Berlin einer Krebserkrankung.