Predsjednik stranke od 2007. – 2016.
Rođen je u Zagrebu 30. listopada 1966. gdje je proveo djetinjstvo i školovao se. Srednju školu, Centar za upravu i pravosuđe (CUP), upisao je 1981. Maturirao je četiri godine poslije sa zvanjem upravnog referenta.
Zagrebački Pravni fakultet upisao je 1985., ali je, zbog služenja vojnog roka, sveučilišnu nastavu počeo pohađati godinu iza, da bi diplomirao kao izvrstan student i dobitnik rektorove nagrade nakon što je postigao velik uspjeh na natjecanju iz međunarodnog prava u Den Haagu.
Nakon studija zaposlio se kao pripravnik na Trgovačkom sudu u Zagrebu, a 1993. odlazi u Ministarstvo vanjskih poslova. Kao pripadnik OESS-a 1994. odlazi u mirovnu misiju u tada ratom zahvaćeni Nagorno Karabah (Azerbejdžan), a 1996. imenovan je savjetnikom u hrvatskoj misiji u EU i NATO-u u Bruxellesu, gdje je 1998. završio poslijediplomski studij europskog i komparativnog prava te stekao titulu magistra.
Krajem 1999. sa suprugom Sanjom Musić Milanović vraća se u Zagreb, gdje se učlanio u SDP.
Nakon što je ta stranka izgubila parlamentarne izbore, Milanović 2004. stavlja na raspolaganje svoj mandat pomoćnika ministra vanjskih poslova te na poziv tadašnjeg predsjednika i utemeljitelja SDP-a Ivice Račana dolazi u stranačku središnjicu gdje postaje član novoosnovanog Izvršnog odbora stranke te međunarodni tajnik s posebnim zaduženjem održavanja kontakata s drugim političkim strankama.
Posao stranačkog koordinatora medijskih aktivnosti u SDP-ovom proširenom Odjelu za odnose s javnošću obnašao je 2006., a u rujnu te godine izabran je za SDP-ovog koordinatora u četvrtoj izbornoj jedinici na parlamentarnim izborima 2007.
Nakon smrti Ivice Račana krajem travnja 2007., SDP je, tek nešto više od pola godine prije izbora, morao početi s organizacijom izvanrednih unutarstranačkih izbora, a Milanović je uskoro objavio svoju kandidaturu za čelnika stranke.
Početkom lipnja 2007. je na 10. izvanrednoj izbornoj konvenciji stranke, s osvojenih 825 od ukupno 1500 glasova stranačkih izaslanika, izabran za predsjednika SDP-a, pobijedivši Željku Antunović u drugom, a Milana Bandića i Tonina Piculu u prvom izbornom krugu. Čelno mjesto u SDP-u potvrdio je i na redovnim stranačkim izborima u svibnju 2008.
Na parlamentarnim izborima u studenom 2007. HDZ ponovno osvaja vlast, a Milanović predvodi oporbu u četiri godine kao predsjednik SDP-a i kluba te stranke u Hrvatskom saboru.
U izbornoj 2011. godini SDP potpisuje koalicijski sporazum s HNS-om, IDS-om i HSU-om te kao Kukuriku koalicija 4. prosinca izlaze na izbore i pobjeđuju, osvojivši 80 mandata u parlamentu, što toj koaliciji jamči natpolovičnu većinu u Saboru.
Zoran Milanović i supruga Sanja, koja kao doktorica znanosti iz područja epidemiologije radi u Hrvatskom zavodu za javno zdravstvo u Zagrebu, roditelji su sinovima Anti Jakovu i Marku.