Den 1. februar 2017 meldte Ivanović overgang til den russiske klubben Zenit St. Petersburg på en to og et halvt års kontrakt med opsjon til å forlenge med ytterligere et år, etter en vellykket ni-årig periode med Chelsea. 16. februar 2017 debuterte Ivanović for Zenit i deres 2–0 nederlag borte mot Anderlecht i Europa League.