(vorsorgliche Massnahmen im Scheidungsprozess), hat sich ergeben:
A.- a) Im Rahmen des zwischen den iranischen Staatsangehörigen A._ (nachfolgend Beschwerdeführer) und B._ (nachfolgend Beschwerdegegnerin) hängigen Scheidungsprozesses wurden durch Verfügung des Einzelrichters des Bezirks Z._ vom 22. März 1999 verschiedene vorsorgliche Massnahmen angeordnet. Der Einzelrichter stellte fest, dass die Parteien zum Getrenntleben berechtigt seien (Dispositiv-Ziffer 1), und verfügte, dass der Sohn C._, geboren am 4. Dezember 1996, für die Dauer des Scheidungsverfahrens unter die Obhut der Beschwerdegegnerin gestellt werde (Dispositiv-Ziffer 2). Der Beschwerdeführer wurde für berechtigt erklärt, das Kind an einem Tag eines jeden Monats von 10.00 bis 17.00 Uhr auf Besuch zu nehmen, wobei das Besuchsrecht nur mit Begleitung eines Beistandes ausgeübt werden dürfe und dieser berechtigt sei, den Besuchstag zu bestimmen; mit der Errichtung der Besuchsbeistandschaft wurde die Vormundschaftsbehörde Z._ betraut (Dispositiv-Ziffer 3).
Ferner wurde der Beschwerdeführer unter anderem verpflichtet, der Beschwerdegegnerin für sie persönlich und das Kind (zeitlich abgestufte) Unterhaltsbeiträge zu bezahlen und Rechnungen für den Aufenthalt der Beschwerdegegnerin im Frauenhaus X._ zu begleichen (Dispositiv-Ziffer 4a bis 4d).
In teilweiser Gutheissung eines Rekurses des Beschwerdeführers hob das Obergericht (I. Zivilkammer) des Kantons Zürich mit Beschluss vom 30. März 2000 die Dispositiv-Zif-fern 3 sowie 4a bis 4d der einzelrichterlichen Verfügung auf.
Es änderte die Regelung der Elternrechte insofern ab, als es festlegte, das Besuchsrecht dürfe nur in Begleitung der Beiständin oder einer durch diese bestimmten Drittperson ausgeübt werden und die Beiständin sei berechtigt, den Besuchstag unter Einbezug der Parteien zu bestimmen (Dispositiv-Zif-fer 2/3). Ferner modifizierte es die Unterhaltspflicht des Beschwerdeführers (Dispositiv-Ziffer 2/4).
Am 12. März 2001 hiess die erkennende Abteilung eine Nichtigkeitsbeschwerde des Beschwerdeführers gut, soweit sie darauf eintrat. Sie hob den Beschluss des Obergerichts vom 30. März 2000 auf und wies die Sache zu neuer Entscheidung an die kantonale Instanz zurück. Gegenstand des bundesgerichtlichen Verfahrens hatte die Frage gebildet, ob der Schweizer Richter im Rahmen vorsorglicher Massnahmen für die Dauer des Scheidungsprozesses das iranische oder das schweizerische Recht anzuwenden habe.
b) Der Beschwerdeführer hatte in der Zwischenzeit wiederholt um Abänderung der am 22. März 1999 verfügten vorsorglichen Massnahmen nachgesucht. In Gutheissung eines der Gesuche wurde er am 24. August 2000 mit Wirkung ab April 2000 von jeglichen Unterhaltszahlungen an die Beschwerdegegnerin und das Kind befreit. Ein Gesuch des Beschwerdeführers vom 9. Oktober 2000 um Umteilung des Kindes an ihn, eventualiter um Erweiterung des Besuchsrechts und Lockerung der Besuchsbeistandschaft, wies der Einzelrichter des Bezirks Z._ am 30. November 2000 ab.
Gegen diesen Entscheid rekurrierte der Beschwerdeführer an das Obergericht mit dem Hauptbegehren, den Sohn für die weitere Dauer des Verfahrens unter seine Obhut zu stellen.
Für den Fall, dass die Obhut bei der Beschwerdegegnerin verbleiben sollte, sei er für berechtigt zu erklären, das Kind alle zwei Wochen für die Dauer von zwei Tagen (von 08.00 bis 17.00 Uhr des folgenden Tages) zu sich und mit sich auf Besuch zu nehmen, die Besuchsbeistandschaft abzuändern und die Begleitung auf die Kindsübergabe zu beschränken.
B.- Das Obergericht (I. Zivilkammer) legte dieses Rekursverfahren mit der Rekurssache zusammen, die dem Rückweisungsentscheid des Bundesgerichts zugrundegelegen hatte. Mit Beschluss vom 17. Juli 2001 hob es in teilweiser Gutheissung der Rekurse des Beschwerdeführers die Dispositiv-Ziffern 3, 4a bis 4d sowie 5a und 5b der Verfügung des Einzelrichters vom 22. März 1999 auf. Es entschied, dass der Beschwerdeführer berechtigt sei, das Kind an zwei Tagen eines jeden Monats von 10.00 bis 17.00 Uhr auf Besuch zu nehmen, dass die Übergabe des Kindes jeweils im Beisein der Beiständin oder einer durch diese bestimmten Drittperson stattzufinden habe, dass die Beiständin berechtigt sei, unter Einbezug der Parteien die Tage, an denen das Besuchsrecht ausgeübt werden soll, zu bestimmen und dass die Vormundschaftsbehörde Z._ angewiesen werde, für die Dauer des Scheidungsverfahrens eine Besuchsbeistandschaft gemäss Art. 308 Abs. 2 ZGB zu errichten (Dispositiv-Ziffer 1/3). Sodann wurde der Beschwerdeführer verpflichtet, der Beschwerdegegnerin für sich persönlich und für das Kind (zeitlich abgestuft) bis März 2000 Unterhaltsbeiträge zu bezahlen (Dispositiv-Ziffer 1/4). Die eheliche Wohnung wurde samt Mobiliar und Hausrat dem Beschwerdeführer zugewiesen (Dispositiv-Ziffer 1/5). Ferner wurde die einzelrichterliche Verfügung vom 22. März 1999 bezüglich der Anweisung an die Arbeitslosenkasse per 1. April 2000 ersatzlos aufgehoben (Dispositiv-Ziffer 2). Schliesslich beschloss das Obergericht, dass die Rekurse im Übrigen abgewiesen (Dispositiv-Ziffer 3), die den Parteien je zur Hälfte auferlegten Gerichtskosten zufolge Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege einstweilen auf die Gerichtskasse genommen (Dispositiv-Ziffer 4 und 5) und die Parteikosten wettgeschlagen würden (Dispositiv-Ziffer 6).
C.- Mit staatsrechtlicher Beschwerde vom 14. September 2001 beantragt der Beschwerdeführer, den Entscheid des Obergerichts vom 17. Juli 2001 aufzuheben. Ausserdem ersucht er darum, ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren.
Die Beschwerdegegnerin stellt den Antrag, auf die Beschwerde nicht einzutreten; allenfalls sei diese abzuweisen.
Auch sie beansprucht die unentgeltliche Rechtspflege.
Das Obergericht hat auf eine Vernehmlassung ausdrücklich verzichtet.

Das Bundesgericht zieht in Erwägung:
1.- a) Der Beschwerdeführer beantragt, den "Entscheid des Obergerichtes ..." aufzuheben, so dass sich das Begehren dem Wortlaut nach gegen den ganzen Beschluss richtet. Strittig ist in erster Linie die Obhut über den am 4. Dezember 1996 geborenen Sohn C._. Der Beschwerdeführer beschränkt sich in seiner Begründung auf diesen Punkt, d.h. auf die Dispositiv-Ziffer 1/3 des obergerichtlichen Entscheids.
Seine formell ebenfalls angefochtene Unterhaltsverpflichtung setzt die Obhutserteilung an die Beschwerdegegnerin voraus.
Sollte die Beschwerde in diesem Punkt gutzuheissen sein, wäre sie es zwangsläufig auch hinsichtlich der Unterhaltsbeiträge.
Soweit die Beschwerde sich formell auch gegen die weiteren Punkte des Dispositivs richtet, ist darauf nicht einzutreten, sei es wegen fehlender Begründung (vgl. Art. 90 Abs. 1 lit. b OG), sei es mangels Beschwer.
b) Die Beschwerdegegnerin macht geltend, dass die staatsrechtliche Beschwerde nicht zu einer Gutmachung eines allfälligen Nachteils führen könne, da das Scheidungsurteil kurz bevorstehe. Damit scheint sie das Rechtsschutzinteresse zu bestreiten. Auch wenn vorsorgliche Massnahmen mit dem Scheidungsurteil grundsätzlich entfallen, ändert der Umstand, dass dieses kurz bevorstehen soll, nichts am Rechtsschutzinteresse.
Aus dieser Sicht steht dem Eintreten auf die Beschwerde nichts entgegen.
2.- Zur Begründung seines Antrags, den Sohn für die Dauer des Scheidungsverfahrens unter seine Obhut zu stellen, beruft sich der Beschwerdeführer auf das massgebende iranische Recht.
a) Das Obergericht erklärt, dass das iranische Recht im Zusammenhang mit der Obhut über ein Kind unterscheide zwischen der elterlichen Gewalt und dem "Hadanah". Während die elterliche Gewalt bis zur Volljährigkeit des Kindes vom Vater, bei dessen Fehlen vom Grossvater väterlicherseits, ausgeübt werde, es sei denn, beide seien wegen Unwürdigkeit entmündigt, sei der "Hadanah" während der Ehe, einschliesslich des Scheidungsverfahrens, ein Vorrecht der Mutter, das dieser allerdings entzogen werden könne, wenn das Kind in Gefahr sei. "Hadanah" könne mit "Sorge" übersetzt werden; er umfasse die Fürsorge für die elementaren Bedürfnisse des Kindes und entspreche der Obhut des schweizerischen Rechts; somit beinhalte er das Recht auf Bestimmung von Ort und Art der Unterbringung sowie die Rechte und Pflichten bezüglich der täglichen Fürsorge, Pflege und Erziehung.
Die weiteren der Obhutsfrage gewidmeten Erwägungen des Obergerichts betreffen die Erziehungsfähigkeit der Parteien und die namentlich vom Beschwerdeführer in diesem Zusammenhang erhobenen Einwendungen. Sie münden in die Feststellung, C._ sei bei der Beschwerdegegnerin nicht in Gefahr, im Gegenteil entspreche die Unterstellung unter die Obhut der Beschwerdegegnerin dem Wohl des Kindes, zumal es bei einer Umteilung der Obhut unnötigerweise aus der gewohnten Lebenssituation und Umgebung gelöst und von seiner derzeit wichtigsten Bezugsperson weggerissen würde.
b) Der Beschwerdeführer wirft dem Obergericht vor, das massgebende iranische Recht willkürlich ausgelegt und angewendet und damit auch das schweizerisch-iranische Niederlassungsabkommen verletzt zu haben. Als Staatsangehörige des Irans seien die Parteien iranischem Familienrecht, namentlich dessen Recht hinsichtlich Scheidung und Nebenfolgen unterworfen.
Das iranische Recht kenne den "Hadanah", der in Ländern mit sunnitischer Glaubensrichtung anzutreffen sei, nicht. Im iranischen Recht werde Sorge mit "Hesanat" bezeichnet; dieser sei mit dem "Hadanah" nicht deckungsgleich. Die im Iran geltende Form von Sorge stehe bei Knaben ab dem 3. Lebensjahr dem Vater zu. Es finde sich im iranischen Recht keine Bestimmung, die besage, dass die "Sorge" während des Scheidungsverfahrens ein Vorrecht der Frau sei. Ihm, dem Beschwerdeführer, stehe daher von Gesetzes wegen nicht nur die elterliche Gewalt, sondern auch die "Sorge" über das Kind zu. Die gegenteilige Auffassung des Obergerichts bedeute nicht nur eine klare Gesetzesverletzung, sondern auch eine offensichtliche Missachtung eines tragenden Grundgedankens des iranischen Familienrechts.
3.- a) Da die Parteien iranische Staatsangehörige sind, gelangt das Niederlassungsabkommen zwischen der Schweizerischen Eidgenossenschaft und dem Kaiserreich Persien vom 25. April 1934 (SR 0.142. 114.362 [NAbk. Iran]) zur Anwendung (Art. 1 Abs. 2 IPRG). Gemäss dessen Art. 8 Abs. 3 bleiben in Bezug auf das Personen-, Familien- und Erbrecht die Angehörigen jedes der hohen vertragschliessenden Teile im Gebiete des anderen Teils den Vorschriften ihrer Heimatgesetzgebung unterworfen (Satz 1); von der Anwendung dieser Gesetze kann nur in besonderen Fällen und insofern abgewichen werden, als dies allgemein gegenüber jedem anderen fremden Staat geschieht (Satz 2). Damit ist der Ordre public der Vertragsstaaten angesprochen, wie er sich für die Schweiz heute aus Art. 17 IPRG ergibt (<ref-ruling> E. 7 S. 167 f. mit Hinweisen; KurtSiehr, IPRG Kommentar, Zürich 1993, N. 3 zu Art. 68 und N. 74 zu Art. 85; Bernard Dutoit/François Knoepfler/Pierre Lalive/Pierre Mercier, Répertoire de droit international privé suisse, III. Band, Bern 1986, S. 169, Ziff. 6). Gemäss Art. 8 Abs. 4 NAbk. Iran umfasst das Personen-, Familien- und Erbrecht, d.h. das Personalstatut, unter anderem die Ehe, das eheliche Güterrecht, die Ehescheidung, die Trennung, die Mitgift; ferner alle andern Angelegenheiten des Familienrechts mit Einschluss aller den Personenstand betreffenden Fragen. Diese denkbar weite Umschreibung des Anwendungsbereichs bedeutet, dass auch vorsorgliche Massnahmen für die Dauer des Scheidungsprozesses vom Abkommen erfasst werden.
Daraus ergibt sich, dass das anwendbare Recht hier nicht durch Art. 62 Abs. 2 IPRG bestimmt wird.
b) Im vorliegenden Verfahren stehen nicht (mehr) Anwendbarkeit und Auslegung des Staatsvertrags zur Diskussion, sondern Anwendung und Auslegung des nach Staatsvertrag massgebenden iranischen Rechts. Während dem Bundesgericht bei der Beurteilung jener Frage freie Kognition zusteht (dazu <ref-ruling> E. 3b S. 382 f.), prüft es die Anwendung ausländischen Rechts nur unter dem Blickwinkel der Willkür. Willkürlich ist ein Entscheid, wenn er mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft (<ref-ruling> E. 5a S. 70 mit Hinweisen).
4.- a) Der III. Titel des VIII. Buches des iranischen Zivilgesetzbuches (IZGB) umfasst die Art. 1180 bis 1194 und handelt vom vollberechtigten "walayat" des Vaters und des Grossvaters. Gemäss Art. 1180 IZGB steht das minderjährige Kind unter dem "walayat" seines Vaters und der männlichen Vorfahren desselben. Sobald das Kind volljährig und verständig ist, scheidet es aus dem "walayat" aus (Art. 1193 IZGB).
Das "walayat" entspricht in etwa der elterlichen Gewalt (Bergmann-Ferid, Internationales Ehe- und Kindschaftsrecht, Iran, S. 30 Fn. 50; siehe auch das vom Obergericht eingeholte Gutachten des Schweizerischen Instituts für Rechtsvergleichung vom 19. Juni 2001, S. 5 oben).
Der II. Titel des VIII. Buches erstreckt sich über die Art. 1168 bis 1179 und handelt vom Unterhalt und von der Erziehung der Kinder. Gemäss Art. 1169 IZGB hat die Mutter das Recht der Sorge für die Person der Kinder während der ersten zwei Jahre nach der Geburt (Satz 1). Nach dieser Zeit gebührt die Sorge dem Vater, mit Ausnahme der weiblichen Kinder, über welche der Mutter bis zur Erreichung des Alters von sieben Jahren die Sorge zusteht (Satz 2). Art. 1170 IZGB bestimmt, dass die Sorge auf den Vater übergeht, wenn die Mutter während der Zeit, in der sie die Sorge für das Kind hat, geisteskrank wird oder einen andern Mann heiratet. Die Sorge im Sinne der erwähnten Bestimmungen umfasst die Fürsorge für die elementarsten Bedürfnisse des Kindes (Gutachten, S. 5, Ziff. 2).
b) Nach Wortlaut und Sinn enthält Art. 1169 IZGB eine klare Regelung zur Sorge über die Kinder: Der Mutter steht diese über die Kinder beiderlei Geschlechts während der zwei ersten Lebensjahre zu, danach, und zwar bis zur Erreichung des Alters von sieben Jahren, nur noch über die Mädchen. Dem Vater ist die Sorge zugewiesen über die männlichen Kinder vom zweiten Lebensjahr an und über die weiblichen Kinder nach Vollendung des siebten Altersjahres. Art. 1170 IZGB legt sodann die Umstände fest, unter denen das gemäss Art. 1169 IZGB an sich der Mutter zustehende Sorgerecht auf den Vater übergeht.
Für den Fall physischer oder psychischer Gefährdung des Kindes sieht schliesslich Art. 1173 IZGB richterliche Kindesschutzmassnahmen vor, und zwar unabhängig davon, welchem Elternteil das Sorgerecht zusteht.
5.- Dass nach dem Ausgeführten zwischen den Art. 1169 und 1170 IZGB ein klarer Zusammenhang besteht, scheint das Obergericht verkannt zu haben. Es ist nicht etwa der Ansicht, dem in beiden Bestimmungen verwendeten Begriff der Sorge sei eine unterschiedliche Bedeutung beizumessen, wofür denn auch keine Anhaltspunkte vorhanden wären. Art. 1169 IZGB wird im angefochtenen Entscheid gar nicht erwähnt. Das Obergericht ist offensichtlich davon ausgegangen, die Sorge sowohl über die männlichen als auch über die weiblichen Kinder obliege unabhängig von deren Alter grundsätzlich der Mutter. In dieser Annahme hat es geprüft, ob im Sinne von Art. 1170 IZGB ein Grund zur Übertragung der Sorge auf den Vater gegeben sei (wobei es die Frage verneint hat).
Indem das Obergericht die in Art. 1169 IZGB nach Alter und Geschlecht der Kinder festgelegte Ordnung des Sorgerechts ausser Acht gelassen und sich auf den Standpunkt gestellt hat, dieses stehe auch bei Kindern männlichen Geschlechts über das zweite Altersjahr hinaus der Mutter zu, hat es in krasser Weise iranisches Recht verletzt und damit gegen das Willkürverbot des Art. 9 BV verstossen.
6.- Nach Auffassung der Beschwerdegegnerin verstösst eine sich einzig nach dem Geschlecht des Kindes richtende Sorgerechtsregelung gegen den Ordre public. Ordnet ausländisches Recht grundlegende Wirkungen des Kindesverhältnisses nach dem Geschlecht des Kindes, verstösst dies nicht zwangsläufig gegen den Ordre public. Die Frage des Ordre public ist nicht abstrakt, sondern aufgrund der konkreten Umstände des Einzelfalls zu prüfen. Nur wenn die Anwendung des ausländischen Rechts im konkreten Fall den Richter zu einer Entscheidung zwingen würde, die mit dem Kindeswohl nicht vereinbar wäre, ist der entsprechenden Norm die Gefolgschaft zu verweigern. Das Obergericht wird sich im Rahmen des zu treffenden Obhutsentscheids zu dieser Frage zu äussern haben.
7.- Zusammenfassend ergibt sich, dass die staatsrechtliche Beschwerde gutzuheissen ist, soweit darauf einzutreten ist. Dies führt zur Aufhebung der Dispositiv-Ziffer 1/3 (Obhuts- bzw. Besuchsregelung) und - als Folge davon - der Dispositiv-Ziffer 1/4 (Unterhaltsregelung) des angefochtenen Beschlusses. Nach dem Ausgang des Verfahrens ist die Beschwerdegegnerin an sich kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 156 Abs. 1 und Art. 159 Abs. 2 OG), wodurch das Gesuch des Beschwerdeführers um unentgeltliche Rechtspflege bezüglich der Gerichtskosten gegenstandslos wird. Sowohl beim Beschwerdeführer als auch bei der ebenfalls um unentgeltliche Rechtspflege nachsuchenden Beschwerdegegnerin ist die Bedürftigkeit offenkundig. Der Anspruch auf Gewährung des Armenrechts ist auch sonst bei beiden zu bejahen (vgl. Art. 152 Abs. 1 OG). Da eine Parteientschädigung angesichts der prekären wirtschaftlichen Verhältnisse der Beschwerdegegnerin als von vornherein uneinbringlich betrachtet werden muss, ist auch der Anwalt des Beschwerdeführers sogleich aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.- Die staatsrechtliche Beschwerde wird gutgeheissen, soweit darauf einzutreten ist, und die Dispositiv-Ziffern 1/3 und 1/4 des Beschlusses des Obergerichts (I. Zivilkammer) des Kantons Zürich vom 17. Juli 2001 werden aufgehoben.
2.- a) Dem Gesuch des Beschwerdeführers um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege für das bundesgerichtliche Verfahren wird entsprochen, soweit es nicht gegenstandslos geworden ist, und dem Beschwerdeführer wird in der Person von Rechtsanwalt lic. iur. Rolf Huber, Zürich, ein Rechtsbeistand beigegeben.
b) Dem Gesuch der Beschwerdegegnerin um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege für das bundesgerichtliche Verfahren wird entsprochen, und der Beschwerdegegnerin wird in der Person von Rechtsanwältin lic. iur. Safia Sadeg, Bülach, eine Rechtsbeiständin beigegeben.
3.- Die Gerichtsgebühr von Fr. 1'500.-- wird der Beschwerdegegnerin auferlegt, einstweilen jedoch auf die Bundesgerichtskasse genommen.
4.- Rechtsanwalt lic. iur. Rolf Huber und Rechtsanwältin lic. iur. Safia Sadeg wird aus der Bundesgerichtskasse eine Entschädigung von je Fr. 2'000.-- zugesprochen.
5.- Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht (I. Zivilkammer) des Kantons Zürich schriftlich mitgeteilt.
_
Lausanne, 27. Dezember 2001
Im Namen der II. Zivilabteilung des
SCHWEIZERISCHEN BUNDESGERICHTS
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber: