Dopo la laurea in Lettere Moderne a Firenze, frequenta la scuola RAI per sceneggiatori cinematografici e televisivi.
Si diploma in Regia presso la N.U.C.T. a Cinecittà e la sua tesi di fine corso, Banana Rossa, partecipa come finalista al Young Director Award di Cannes e al Globo d'oro della Stampa Estera in Italia. Oltre a tre lungometraggi ha scritto e diretto corti, animazioni, documentari e spot pubblicitari. Nel 2009 il cortometraggio L'Arbitro vince il David di Donatello e il premio speciale della giuria a Clermont-Ferrand, il più importante festival del cortometraggio in Europa.
Nel 2013 L'Arbitro diventa un lungometraggio con Stefano Accorsi, Geppi Cucciari, Francesco Pannofino, Jacopo Cullin e Benito Urgu. L'Arbitro apre le Giornate degli Autori alla 70° Mostra del Cinema di Venezia e partecipa ai principali festival internazionali vincendo numerosi premi, tra i quali il premio del pubblico a Montpellier e il premio per la miglior regia a Bari.
Nel 2018 L'Uomo che comprò la Luna, con Jacopo Cullin, Benito Urgu, Stefano Fresi, Francesco Pannofino, Lazar Ristovski e Angela Molina è presentato in anteprima al Festival Internazionale di Busan e alla Festa del Cinema di Roma. Il film ottiene numerosi riconoscimenti, tra i quali il Premio Flaiano e un Nastro d'Argento a Stefano Fresi come miglior attore di commedia. Il lungometraggio Sky Original Vangelo secondo Maria, tratto dall'omonimo romanzo di Barbara Alberti, con Benedetta Porcaroli e Alessandro Gassmann, esce nelle sale a maggio 2024 e successivamente sarà in esclusiva su Sky e in streaming solo su NOW.
Paolo Zucca è nato a Cagliari nel 1972 e vive tra la Sardegna e Roma.