Tidlig karriere
Zhou's motorsportskarriere begyndte i 2007. Han begyndte at køre karting i Kina og gjorde det indtil 2012. For at gøre fremskridt flyttede han til England for at deltage i kartmesterskaberne i Europa. Det lykkedes den kinesiske kører at blive britisk og europæisk Max Junior-mester i 2013.
Skift til Formel-klasserne
Zhou's præstationer i karting blev hurtigt bemærket af Ferrari, hvilket førte til en kontrakt med Ferrari Driver Academy i 2014. Kort efter at være blevet optaget i Ferraris træningsteam debuterede han i det italienske F4 Winter Trophy for Prema Powerteam. Han kom på tredjepladsen to gange. I 2015 debuterede han i det italienske F4-mesterskab, hvor han straks gjorde sig bemærket og sluttede sæsonen som nummer to efter sin teamkammerat.
Efter et succesfuldt år i italiensk Formel 4 deltog Zhou i Toyota Racing Series i New Zealand. Det gik ikke som forventet, og han vendte tilbage til Europa for at debutere i det europæiske Formel 3-mesterskab. Han sluttede denne sæson på en middelmådig 13. plads. I 2017 fik den kinesiske kører endnu en chance i Formel 3 hos Prema Racing, men han formåede knap nok at forbedre sig og sluttede denne gang som nummer otte. Efter to år i Formel 3 blev presset øget betragteligt i 2018. Han tog en sejr i det første løb, men derefter var resultaterne igen skuffende, og han var igen ude af stand til at slutte højere end ottendepladsen i mesterskabet.
En lang periode i Formel 2
På trods af de skuffende resultater i Formel 3 fik den kinesiske kører alligevel tilbudt en chance for at køre i Formel 2 i 2019 for det nye team UNI-Virtuosi Racing. I den sæson opnåede han nogle gode resultater og endte på syvendepladsen i klassementet og blev kåret som årets rookie.I 2020 tog han fem podiepladser og sluttede på sjettepladsen i klassementet for UNI-Virtuosi Racing.
Guanyu Zhou i 2023
Endnu en gang beholdt Zhou sit Formel 2-sæde hos UNI-Virtuosi i 2021-sæsonen. I den sæson opnåede han bedre resultater end i de foregående sæsoner. Desuden blev der allerede i begyndelsen af året spekuleret i, at kineseren måske kunne få et sæde i Formel 1 i 2022. Han bringer en enorm mængde sponsorpenge, der ville øge chancen for en Formel 1-kontrakt. I Østrig samme år fik han sin debut i Formel 1. Han kørte den første frie træning i Fernando Alonsos Alpine og formåede at sætte den fjortende tid.
Zhou håber at være mere konkurrencedygtig i 2023, hvor han skal være tættere på holdkammeraten Bottas.
