Заид Халилов родился 14 января 1911 года в области Екатеринфелд Тифлисской губернии (ныне Болнисский район) в деревне Сарачлы.

После окончания средней школы и Турецкого Педагогического Техникума в Тифлисе в 1929 году поступил на математическое отделение Азербайджанского Государственного Университета в Баку, т.к. с 1930 по1934 г. Университет был закрыт он окончил своё образование в Азербайджанском Педагогическом Институте затем он вернулся в Тифлис где работал в Институте Инженеров Железнодорожного транспорта.

В 1937 году поступил в аспирантуру Тифлисского Института Математики, 22 апреля 1940 года в Тбилисском Государственном Университете под руководством профессора С.Бергмана защитил диссертацию на тему «Задача Клебша и её обобщения» и стал вторым (после Ибрагима Ибрагимова) тюрком Закавказья, получившим учёную степень кандидата физико-математических наук. (его оппоненты- Мусхелишвили, Векуа)

В 1940 году его пригласили в Баку в Азербайджанский Государственный Университет. Таким образом, он навсегда связал свою жизнь с Азербайджаном и его наукой.

В 1942 году он перешёл в Азербайджанский филиал АН СССР, в 1942 после образования Азербайджанской Академии Наук его назначили руководителем физико-математического сектора. З. Халилов в 1946 году в возрасте 35 лет защитил докторскую диссертацию по теме «Краевые задачи для обобщённых полигармонических уравнений» и стал первым азербайджанцем, получившим докторскую степень по математике.
Начиная с 1950 года научные труды З.Халилова опубликованные в научных центрах Москвы, Ленинграда, Киева, Тбилиси, США принесли ему всемирную известность и славу как учёному. Заид муаллим является не только основателем школы функционального анализа в Азербайджане, но и был одним из идеологов этой области в СССР. Особо следует отметить, что первый учебник по «Функциональному анализу» был написан именно им (1949).

В 1950 году З.Халилов был назначен директором Института Математики и Механики, в 1955 году был избран действительным членом Академии Наук Азербайджана. Академик З. Халилов с 1957-1959 был вице-президентом Академии, а 1962-1967 – президентом Академии. С 1967 года и до конца своей жизни работал директором Института Математики и Механики.

Выдающийся Азербайджанский математик, Заслуженный деятель науки, академик З. Халилов был избран депутатом Верховного Совета СССР и Совета Наций, он был удостоен орденов «Трудового Красного Знамени» и «Знак Почёта» и многих других наград.

Скончался 4-го февраля 1974-го года в возрасте 63-лет. Он был похоронен на Аллее Почёта. Его именем в Баку названа улица и школа.

Научные исследования Заида Халилова были посвящены главным образом функциональному анализу, дифференциальным и интегральным уравнениям, а также их применению к различным задачам математической физики и механики, математической теории системы автоматического управления.
В советское время он был первым Азербайджанским математиком, который основал школу функционального анализа в Азербайджане. Решил общую краевую задачу для системы полигармонических уравнений, им был дан аналог метода Фурье для решения смешанной задачи неразделимых переменных, сетевой метод для модели уравнений смешанного типа. Он создал теорию абстрактных сингулярных операторов, применяемых к решению задач подземных нефтяных и газовых месторождений и производственных гидромеханики, исследовал спектр несамосопряжённого оператора в банаховом пространстве.

Он обладает большими заслугами в подготовке высококвалифицированных кадров. Заид Халилов не только основатель школы функционального анализа в Азербайджане, но и автор первого в СССР учебника по «Функциональному анализу». Он был избран президентом общества математиков Азербайджана.