Полное имя — Зоуи Клэр Дешанель (Zooey Claire Deschanel).

Её назвали в честь Зоуи Гласса — героя повести Джерома Сэлинджера «Фрэнни и Зоуи» (1961).

В 2009 — 2012 годы Дешанель была замужем за музыкантом, вокалистом групп «Death Cab for Cutie» и «The Postal Service» Беном Гиббардом.

У Зоуи аллергия на яйца, молочные продукты и пшеничную клейковину.