Sachverhalt:
A. A.a Mit Verfügung vom 4. November 2008 sprach die IV-Stelle des Kantons Zürich der 1960 geborenen D._ auf der Basis eines Invaliditätsgrades von 46 % eine Viertelsrente rückwirkend ab 1. November 2006 zu. Die dagegen erhobene Beschwerde hiess das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 31. August 2009 in dem Sinne gut, dass die angefochtene Rentenverfügung aufgehoben und die Sache an die Verwaltung zurückgewiesen wurde, damit diese, nach erfolgter Abklärung im Sinne der Erwägungen, erneut über den Rentenanspruch befinde.
A.b Gestützt auf die Ergebnisse des in der Folge veranlassten Gutachtens des Dr. med. S._, FMH Orthopädische Chirurgie und Traumatologie des Bewegungsapparates, vom 21. März 2010 setzte die IV-Stelle den Erwerbsunfähigkeitsgrad neu auf 35 % fest und lehnte die Ausrichtung weiterer Rentenleistungen ab (Vorbescheid vom 28. Juli 2010, Verfügung vom 15. Dezember 2010).
B. Die hiegegen eingereichte Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich ab (Entscheid vom 27. Mai 2011).
C. D._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, in Aufhebung des kantonalen Entscheids sei die Angelegenheit zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Zudem ersucht sie um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege (Prozessführung, Verbeiständung).
Die kantonalen Akten wurden beigezogen. Auf die Durchführung eines Schriftenwechsels wurde verzichtet.
Erwägungen:
1. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (Art. 82 ff. BGG) kann wegen Rechtsverletzung gemäss Art. 95 f. BGG erhoben werden. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG), und kann deren Sachverhaltsfeststellung nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht (Art. 105 Abs. 2 BGG). Es wendet das Recht von Amtes wegen an (Art. 106 Abs. 1 BGG). Immerhin prüft es, unter Berücksichtigung der allgemeinen Begründungspflicht der Beschwerde (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG), grundsätzlich nur die geltend gemachten Rügen, sofern die rechtlichen Mängel nicht geradezu offensichtlich sind. Es ist jedenfalls nicht gehalten, wie eine erstinstanzliche Behörde alle sich stellenden rechtlichen Fragen zu untersuchen, wenn diese vor Bundesgericht nicht mehr vorgetragen wurden (BGE 133 II 249 E. 1.4.1 S. 254).
2. Die Rechtsgrundlagen für die Beurteilung der Streitsache wurden im angefochtenen Entscheid korrekt wiedergegeben. Darauf wird verwiesen.
3. 3.1 Die Beschwerdeführerin lässt vorab geltend machen, im Rahmen des neuerlichen Rentenentscheids hätte den weiterhin bestehenden psychischen Einschränkungen ebenfalls Rechnung getragen werden müssen, auch wenn diese - gemäss rechtskräftigem vorinstanzlichem Entscheid vom 31. August 2009 - für sich allein keine Invalidität zu begründen vermöchten. Insbesondere habe es der gutachterlich beigezogene Orthopäde Dr. med. S._ pflichtwidrig unterlassen, sich zur verbliebenen Leistungsfähigkeit unter zusätzlicher Berücksichtigung der psychogen bedingten Beeinträchtigungen zu äussern.
3.2 Nach der Aktenlage sind keine Anhaltspunkte ersichtlich, dass sich die psychische Verfassung der Versicherten bis zur verfügten Rentenablehnung vom 15. Dezember 2010 in anspruchsrelevanter Weise verschlechtert hätte. Die Feststellungen tatsächlicher Art des kantonalen Gerichts, wonach sich weder aus dem von der Beschwerdeführerin am 29. Juni 2010 beantworteten Fragebogen noch aus ihren Angaben bezüglich Beschwerdeschilderung, Systemanamnese, aktueller sozialer Situation sowie Tagesablauf anlässlich der am 11. März 2010 durch Dr. med. S._ durchgeführten Exploration Hinweise für eine diesbezüglich veränderte Sachlage ergäben und deshalb eine invalidenversicherungsrechtlich massgebliche Arbeitsunfähigkeit aus psychiatrischen Gründen weiterhin ausgeschlossen werden könne, erweisen sich als in jeder Hinsicht zutreffend.
4. 4.1 Im Hinblick auf das somatische Krankheitsbild hat die Vorinstanz die entscheidwesentlichen medizinischen Unterlagen umfassend wiedergegeben, sich eingehend mit den darin enthaltenen Ausführungen auseinandergesetzt und sie rechtsprechungskonform gewürdigt. Namentlich auf der Grundlage der im Nachgang zum Rückweisungsentscheid vom 31. August 2009 angeforderten Expertise des Dr. med. S._ vom 21. März 2010, welcher sie vollen Beweiswert zuerkannt hat, ist sie zum Ergebnis gelangt, dass die Versicherte spätestens ab März 2006 wiederum in der Lage gewesen sei, eine behinderungsangepasste Tätigkeit (keine körperlich schweren Verrichtungen, bevorzugterweise Arbeiten im Wechsel etwa zu gleichen Teilen von Gehen, Stehen und Sitzen oder vorwiegend im Sitzen mit der Möglichkeit, aufzustehen und herumzugehen) im Umfang von 40 - 70 % (mittelschwere Tätigkeiten) bzw. 67 - 100 % (leichte bis vereinzelt mittelschwere Tätigkeiten) auszuüben.
4.2 Die dagegen vorgebrachten Einwendungen, welche sich zur Hauptsache in einer Wiederholung der bereits im kantonalen Verfahren geltend gemachten und einlässlich entkräfteten Rügen erschöpfen, belegen keine offensichtliche Unrichtigkeit oder Unvollständigkeit der vorinstanzlichen Erkenntnisse. Insbesondere übersieht die Beschwerdeführerin, dass die konkrete Beweiswürdigung durch das erstinstanzliche Gericht Tatfragen betrifft, die für das Bundesgericht grundsätzlich verbindlich sind (vgl. E. 1 hievor; Urteile 9C_204/2009 vom 6. Juli 2009 E. 4.1, nicht publ. in: BGE 135 V 254, aber in: SVR 2009 IV Nr. 53 S. 164, und 8C_763/2008 vom 19. Juni 2009 E. 1, nicht publ. in: BGE 135 V 306, aber in: SVR 2009 IV Nr. 52 S. 161). Soweit die Beweistauglichkeit des Gutachtens des Dr. med. S._ mit dem Einwand angezweifelt wird, es sei keine Rücksprache mit den Dres. med. K._, Psychiatrie/Psychotherapie FMH, und C._, Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie, genommen worden, bleibt darauf hinzuweisen, dass deren Einschätzungen des psychischen Gesundheitszustandes der Versicherten bereits mit Entscheid der Vorinstanz vom 31. August 2009 abschliessend gewürdigt worden sind. Weiterungen dazu erübrigen sich aus den vorstehend genannten Gründen (vgl. E. 3 hievor). Was sodann die Angaben der Dres. med. M._, Allgemeine Medizin FMH, und G._, Unfallmedizinische Abklärungsstelle X._, zur körperlichen Funktionstüchtigkeit anbelangt, wurde ihnen die Eignung "für eine objektivierte Beurteilung der Arbeitsfähigkeit" im genannten Entscheid abgesprochen und die Notwendigkeit vertiefter orthopädischer Abklärungen deklariert. Im Übrigen hat Dr. med. S._ seine gutachterlichen Schlüsse in Kenntnis der entsprechenden Unterlagen gezogen. Hinweise dafür, dass der Experte sich gegenüber der Beschwerdeführerin voreingenommen verhalten und daher die Situation nicht unbefangen analysiert hätte, sind schliesslich mit der Vorinstanz nicht erkennbar. Auf eine weitere diesbezügliche "beweismässige Klärung", wie seitens der Versicherten gefordert, konnte mithin ohne Verletzung des Gehöranspruchs der Beschwerdeführerin verzichtet werden.
5. 5.1 Die erwerblichen Auswirkungen der festgestellten Arbeitsunfähigkeit hat das kantonale Gericht auf der Grundlage (hypothetischer) jährlicher Vergleichseinkommen von Fr. 58'890.- (Valideneinkommen) und - gestützt auf die vom Bundesamt für Statistik herausgegebene Schweizerische Lohnstrukturerhebung (LSE) 2006 (Tabelle TA1 [Privater Sektor], S. 25, Totalwert, Frauen, Anforderungsniveau 4 [Fr. 4019.- monatlich], betriebsübliche wöchentliche Arbeitszeit von 41,7 Stunden) sowie in Berücksichtigung eines leidensbedingten Abzugs von 10 % und eines zumutbaren 80 %-Pensums - von Fr. 36'200.- (Invalideneinkommen) ermittelt, woraus ein rentenausschliessender Invaliditätsgrad von 39 % resultiert (zu den Rundungsregeln: BGE 130 V 121).
5.2 Die Beschwerdeführerin bemängelt einzig die Höhe des leidensbedingten Abzugs. Dem ist entgegenzuhalten, dass das Ausmass einer derartigen - maximal 25 % betragenden (BGE 126 V 75 E. 5b/aa-cc S. 79 ff.) - Reduktion vom Invalideneinkommen eine typische Ermessensfrage beschlägt, welche angesichts der dem Bundesgericht zukommenden Kognition letztinstanzlicher Korrektur nur dort zugänglich ist, wo das kantonale Gericht sein Rechtsermessen rechtsfehlerhaft ausgeübt hat, also Ermessensüberschreitung, -missbrauch oder -unterschreitung vorliegt (BGE 132 V 393 E. 2.2 S. 396 und E. 3.3 S. 399). Da die Beschwerde eine schlüssige Begründung vermissen lässt, weshalb der vorinstanzlich auf 10 % veranschlagte - und damit bereits um 5 % erhöhte - leidensbedingte Abzug geradezu missbräuchlich erscheinen soll, und sich auch den Akten keine entsprechenden Anhaltspunkte entnehmen lassen, ist die Vorgehensweise des kantonalen Gerichts nicht zu beanstanden.
6. 6.1 Die offensichtlich unbegründete Beschwerde wird im vereinfachten Verfahren nach Art. 109 Abs. 2 lit. a BGG - ohne Durchführung eines Schriftenwechsels, mit summarischer Begründung und unter Verweis auf den kantonalen Entscheid (Art. 102 Abs. 1 und Art. 109 Abs. 3 BGG) - abgewiesen.
6.2 Ausgangsgemäss sind die Gerichtskosten der Beschwerdeführerin aufzuerlegen (Art. 65 Abs. 4 lit. a und Art. 66 Abs. 1 Satz 1 BGG). Ihrem Gesuch um unentgeltliche Prozessführung und Verbeiständung kann infolge Aussichtslosigkeit der Rechtsvorkehr nicht stattgegeben werden (Art. 64 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 19. Oktober 2011
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Ursprung
Die Gerichtsschreiberin: Fleischanderl