Après sa retraite de joueur, Zidane passe ses diplômes d’entraîneur puis devient l’adjoint de Carlo Ancelotti au Real en 2013-14. L’année suivante, il prend en main l’équipe réserve du Castilla avant d’être nommé en janvier 2016 entraîneur en chef de l’équipe première après le limogeage de Rafael Benítez. Lors de ses deux premières saisons, il remporte deux fois la Ligue des Champions, un championnat, une Supercoupe d’Espagne, deux Supercoupes d’Europe et deux Mondial des Clubs. Durant cette période, il bat plusieurs records d’invincibilité et est élu meilleur entraîneur mondial de l'année. Il devient ainsi le premier homme de l'histoire du football à remporter le prix de meilleur joueur et de meilleur entraîneur du monde. En 2018, Zidane mène le Real Madrid vers une nouvelle victoire en Ligue des Champions, devenant le premier entraîneur à la remporter trois fois consécutivement. Quelques jours après la victoire, il quitte son poste salué par l’ensemble des observateurs et de la profession. En mars 2019, il est rappelé au poste d'entraîneur par le président Florentino Pérez après le limogeage de Santiago Solari, et remporte une deuxième Liga à la tête de son équipe, au terme de la saison 2019-2020. À l'issue de la saison 2020-2021, le 27 mai, il quitte son poste d'entraîneur du Real, qui n'a remporté aucun trophée durant l'exercice.