Erwägungen:
1.
Die Staatsanwaltschaft See/Oberland wirft dem Beschwerdeführer vor, am 18. März 2016 gegen 5.10 Uhr in Zürich einen Personenwagen mit völlig vereisten Scheiben gelenkt zu haben. Lediglich die Frontscheibe sei für ein Guckloch von ca. 15 cm x 30 cm vom Eis befreit und die Seitenscheibe der Fahrerseite herunter gekurbelt gewesen. Aufgrund der stark eingeschränkten Sicht sei der Beschwerdeführer nicht in der Lage gewesen, den Strassen- und Verkehrsverhältnissen die erforderliche Aufmerksamkeit zu widmen, wodurch er eine abstrakte Unfallgefahr geschaffen habe, was er zumindest billigend in Kauf genommen habe.
Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte den Beschwerdeführer im mündlichen Berufungsverfahren am 21. September 2017 in Bestätigung des erstinstanzlichen Urteils wegen grober Verletzung der Verkehrsregeln zu einer bedingten Geldstrafe von 30 Tagessätzen zu Fr. 85.- sowie einer Busse von Fr. 300.- respektive einer Ersatzfreiheitsstrafe von 3 Tagen im Falle schuldhafter Nichtbezahlung der Busse.
2.
Der Beschwerdeführer führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt im Hauptpunkt, das Urteil des Obergerichts sei aufzuheben und er sei vom Vorwurf der groben Verletzung der Verkehrsregeln freizusprechen. Er rügt zusammengefasst, die Vorinstanz habe in Verletzung des Grundsatzes in dubio pro reo auf die Aussagen des Zeugen und Polizeibeamten A._ abgestellt und versäumt, diesen persönlich einzuvernehmen, obwohl eine "Aussage gegen Aussage"-Konstellation vorliege. Der Beschwerdeführer ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.
Das Obergericht und die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich haben auf Vernehmlassungen verzichtet.
3.
Das Berufungsverfahren setzt das Strafverfahren fort und richtet sich nach den Bestimmungen über die erstinstanzliche Hauptverhandlung (Art. 405 Abs. 1 StPO). Es knüpft an die bereits erfolgten Verfahrenshandlungen an und beruht gemäss Art. 389 Abs. 1 StPO grundsätzlich auf den Beweiserhebungen des Vorverfahrens und des erstinstanzlichen Hauptverfahrens, soweit diese prozessrechtskonform erfolgt und vollständig sind. Die Rechtsmittelinstanz erhebt von Amtes wegen oder auf Antrag einer Partei die erforderlichen zusätzlichen Beweise (Art. 389 Abs. 3 StPO). Zudem nimmt das Gericht im mündlichen Berufungsverfahren im Vorverfahren ordnungsgemäss erhobene Beweise noch einmal ab, sofern die unmittelbare Kenntnis des Beweismittels für die Urteilsfällung notwendig erscheint (Art. 343 Abs. 3 i.V.m. Art. 405 StPO). Eine unmittelbare Abnahme eines Beweismittels ist namentlich notwendig, wenn sie den Ausgang des Verfahrens beeinflussen kann, insbesondere wenn die Kraft des Beweismittels in entscheidender Weise vom Eindruck abhängt, der bei seiner Präsentation entsteht. Dies ist der Fall, wenn die Aussage das einzige direkte Beweismittel (Aussage gegen Aussage) darstellt und das Urteil in entscheidender Weise von den Aussagen der einzuvernehmenden Person abhängt (BGE 143 IV 288 E. 1.4.1; 140 IV 196 E. 4.4.1 und 4.4.2 S. 199 f.; ferner Urteil 6B_888/2017 vom 25. Oktober 2017 E. 3.3; je mit Hinweisen).
4.
Der angefochtene Entscheid verletzt Bundesrecht. Vorliegend handelt es sich um eine klassische "Aussage gegen Aussage"-Situation. Neben der Aussage des Zeugen A._ gibt es kein weiteres Beweismittel für den gegen den Beschwerdeführer erhobenen und von ihm vollumfänglich bestrittenen Vorwurf. Die Bedeutung der Zeugenaussage ist für den Verfahrensausgang entscheidend und die allfällig mit dem Tatvorwurf verbundenen Konsequenzen für den Beschwerdeführer, insbesondere im Hinblick auf seine berufliche Zukunft, nicht unerheblich. Hinzu kommt, dass der Zeuge A._ seine Beobachtungen als Privatperson gemacht und gleichzeitig die polizeilichen Ermittlungen geführt hat, bei denen es ebenso wie bei der staatsanwaltlichen Einvernahme vom 22. September 2016 zu erheblichen atmosphärischen Störungen kam, aufgrund derer der befragende Staatsanwalt mehrfach beruhigend intervenieren musste (kant. Akten, act. 3/6). Die unmittelbare Zeugeneinvernahme durch das Gericht ist vorliegend für die Urteilsfällung notwendig im Sinne von Art. 343 Abs. 3 StPO, nicht zuletzt weil das Vorverfahren einen persönlichen Einschlag aufweist und der Zeuge auch erstinstanzlich nicht einvernommen worden ist (vgl. auch BGE 140 IV 196 E. 4.4.3; Urteil 6B_803/2015 vom 26. April 2017 E. 1.1, nicht publ. in BGE 143 IV 288).
5.
Die Beschwerde erweist sich als begründet, weshalb es sich erübrigt, die weiteren Rügen des Beschwerdeführers zu behandeln. Der nicht anwaltlich vertretene Beschwerdeführer macht keine persönlichen Aufwendungen geltend und hat keinen Anspruch auf Entschädigung nach dem Anwaltstarif, weshalb sein Entschädigungsbegehren abzuweisen ist (vgl. BGE 133 III 439 E. 4; Urteil 6B_314/2017 vom 29. Juni 2017 E. 1.4). Die Gesuche um unentgeltliche Rechtspflege und aufschiebende Wirkung werden gegenstandslos. Bei diesem Verfahrensausgang rechtfertigt es sich, keine Gerichtskosten zu erheben (Art. 66 Abs. 1 und 4 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen, das Urteil des Obergerichts Zürich vom 21. September 2017 aufgehoben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen. Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Es werden keine Gerichtskosten erhoben und keine Entschädigung ausgerichtet.
3.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 23. November 2018
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Denys
Der Gerichtsschreiber: Held