Matematika-fizika szakos tanári oklevelét a budapesti tudományegyetemen szerezte 1935-ben. 1936-os doktori disszertációjához vezető kutatásait a Műegyetem fizika tanszékén végezte. Első tudománytörténeti munkája, "A háromezer éves fizika" 1945-ben jelent meg. Gyulai Zoltán mellett dolgozott a Műegyetem kísérleti fizika tanszékén. Ennek vezetőjévé nevezték ki 1967-ben, miután előzőleg megvédte akadémiai doktori disszertációját. Egyidejűleg megkapta egyetemi tanári kinevezését, ő lett Magyarország első női fizikaprofesszora. Tudománytörténeti kutatásai középpontjában a magyarországi fizika korai története állt, kutatási eredményeit több könyvben összegezte.
Emlékezete
Az MTESZ Zemplén Jolán emlékérmet alapított fiatal tudománytörténészek munkájának elismerésére.