O Zvonimirovu podrijetlu ne zna se gotovo ništa. Najvjerojatnije je bio potomak kralja Svetoslava Suronje, dakle rođak kralja Petra Krešimira IV., iako ima povjesničara koji smatraju da nije bio Trpimirović nego pripadnik nekog od uglednih hrvatskih rodova, odnosno plemena.

Zvonimir se u izvorima prvi put spominje godine 1070. kao ban i suvladar Petra Krešimira IV. Inače se pretpostavlja da je prvobitno vladao Slavonijom koju je, nepoznato je točno kada, dobio od mađarskih Arpadovića. Veliki dio Slavonije bio je, naime, do toga doba pod njihovom vlašću (osvojio ju je ugarski kralj Stjepan I. Sveti oko 1027., otevši ju Krešimiru III.). Budući da je Zvonimir s Arpadovićima bio u rodbinskim odnosima (njegova žena Jelena Lijepa bila je kći ugarskoga kralja Bele I. i sestra Ladislava I.), oni su mu to područje prepustili u vlast (najvjerojatnije sjeverozapadnu Hrvatsku, točnije krajeve između današnjih gradova Varaždina i Zagreba te porječje Kupe). Zvonimir je od rodbinskog odnosa s Arpadovićima imao višestruke koristi (ali oni još i više, jer su upravo na temelju Zvonimirova braka s pripadnicom dinastije Arpadovića, Jelenom, nakon njegove smrti pretendirali i na kraju stekli hrvatsku krunu).

Negdje poslije godine 1067. zamolio je Zvonimir, kako stoji u izvorima, ugarskog kralja Salomona i vojvodu Gejzu da mu pomognu istjerati istarsko-kranjskog vojvodu Ulrika II. s područja tzv. Marke Dalmatinske (područja Kvarnera, Hrvatskog primorja i dijela Istre od današnje Rijeke do Labina), koji je to područje osvojio oko godine 1064. Oni su to i učinili, a zauzvrat od njega dobili darove, te je Zvonimir tako zavladao i tim područjem.

Sve to zasigurno je itekako utjecalo na kralja Petra Krešimira da 1070. Zvonimira uzme za svoga suvladara i prijestolonasljednika (kao takav od te se godine i spominje u izvorima zajedno s Petrom Krešimirom), što se u hrvatskoj historiografiji također tumači i kao ponovno sjedinjenje Slavonije s Hrvatskom koja je tako ponovno postala ujedinjena i moćna. Dotadašnji Krešimirov prijestolonasljednik, njegov nećak, vojvoda Stjepan, skinut je s tog položaja i zatvoren u samostan sv. Stjepana pod borovima u Splitu.

Dok je Zvonimir sve više jačao i pripremao se za zadobivanje kraljevske časti, na Jadranu se pojavljuje nova sila, Normani. U izvorima tako stoji da je godine 1074. normanski vojvoda Amiko iz Apulije s juga Italije u pljačkaškom pohodu na Hrvatsku zarobio 'hrvatskog kralja'. Ne kaže se kojega, ali najvjerojatnije je riječ o Petru Krešimiru IV., iako ima mišljenja da je možda riječ i o neretvanskom knezu Slavcu. U takvim, prilično nejasnim okolnostima, na prijestolje je stupio Zvonimir.

Zvonimir je odmah po dolasku na vlast počeo rješavati problem obnove vlasti onih gradova koji su bili pod Mletcima.

Kralj Dmitar Zvonimir dobro je procijenio tadašnju vanjskopolitičku situaciju: položaj Bizanta čija je moć slabila i Mlečana koji su se pridružili protivnicima sve jačeg papinstva. Tako je Zvonimir stao uz papu Grgura VII. (1073. – 1085.), prihvaćajući suvremenu doktrinu da Papa ima pravo dijeliti krune i priznavati posjed zemalja.

U rujnu 1075. ili 1076. papa Grgur VII. poslao je svoje legate Gebizona i Fulkona, s glavnom svrhom da se riješi pitanje o priznanju samostalnosti jedinstvene hrvatsko-dalmatinske države. Nakon što je Dmitar Zvonimir prisegnuo da će biti vjeran podanik Papi, poslanik Gebizon okrunio ga je u nedjelju 8. listopada 1075. ili 1076. u Solinu, u crkvi sv. Petra i Mojsija kraljevskom krunom, te mu predao druge znakove kraljevske vlasti i papinsku zastavu.

Novi kralj Dmitar Zvonimir obećao je Svetoj Stolici da će: pomagati vjersku obnovu i braniti Crkvu, da će Papi davati godišnji dar u novcu, da će paziti da se Crkvi daju prvine i desetine, da će sprječavati prodaju ljudi, štititi siromahe, udovice i siročad. Ujedno je Dmitar Zvonimir ustupio Papi samostan svetoga Grgura u Vrani kao hospicij za njegove poslanike. U tom samostanu, po prijepisu prisege Dmitra Zvonimira, nalazile su se dvije zlatne krune s draguljima. Pretpostavka je da su to krune kralja Tomislava i Stjepana Držislava.

Za krunu kralja Tomislava ne zna se odakle je. No, za krunu Stjepana Držislava zna se da je došla iz Bizanta kao priznanje Bizanta Stjepanu Držislavu kao vladaru. Dmitar Zvonimir okrunjen je trećom krunom koja je donesena iz Rima. Te krune izgubljene su u mračnom periodu okupacije od stane Turaka i Venecije (područje Vrane držali su i Turci i Mlečani). No, nije isključena mogućnost da je jedna od tih kruna završila u Napulju poslije krunjenja Ladislava Anžuvinca, sina Karla Dračkog, 5. kolovoza 1403. godine u Zadru. Povijesno se ne zna kojom se krunom okrunio Ladislav Napuljski.

Kralj Zvonimir stolovao je u Kninu, a jer za njegova vladanja nije bilo većih ratovanja, ojačao je razvitak gospodarstva i kulture. Zvonimir, koji je bogato darivao crkve i samostane, dao je izgraditi trobrodnu baziliku u biskupiji kraj Knina, a od svih njegovih darova najpoznatiji je dar samostanu svete Lucije u Baški na otoku Krku. Naime, redovnici su oko godine 1100. dali uklesati glagoljicom opis darivanja na Bašćansku ploču, na kojoj se spominje ime kralja Zvonimira.

Zvonimir je bio oženjen Jelenom Lijepom, sestrom ugarskog kralja Ladislava, te je imao sina Radovana i kćer Klaudiju. Uz Zvonimira se vežu brojne legende o smrti.

Najpoznatija je legenda o kletvi kralja Zvonimira kako Hrvati ne će imati narodnih vladara punih 900 godina zbog toga što su odbili poziv pape Urbana II. na Križarski rat 1089. godine, te su ga zbog toga ubili, a on ih je prokleo. Ta je priča nevjerodostojna jer je papa Urban II. na Križarski rat pozvao narode Europe tek 1095. godine.

Kralj Zvonimir najprije je pokopan u katedralnoj crkvi Sv. Marije u Kninu, a poslije je prenesen u Solin. Naslijedio ga je Stjepan II., koji će biti i posljednji Trpimirović.