Po absolvování Právnické a Filozofické fakulty (obor politologie) Univerzity Karlovy v Praze Pavel Zeman působil jako státní zástupce nejdříve na okresním, poté i na krajském státním zastupitelství v Plzni. Potom nastoupil na Nejvyšší státní zastupitelství v Brně (NSZ).
V roce 2004 se Pavel Zeman stal zástupcem České republiky u Evropské jednotky pro justiční spolupráci (Eurojust) a zároveň působil jako státní zástupce na mezinárodním odboru Nejvyššího státního zastupitelství. Post u Eurojustu opustil poté, co byl vládou na návrh tehdejšího ministra spravedlnosti Jiřího Pospíšila (ODS) k 1. lednu 2011 jmenován šéfem NSZ. Ve funkci nahradil Renatu Veseckou.
Na post nejvyššího státního zástupce Pavel Zeman nastoupil za vlády Petra Nečase, která padla kvůli kauze Nagyová, „přežil“ úřednickou vládu Jiřího Rusnoka, jež nezískala důvěru, a ve své funkci se udržel i za premiérů Bohuslava Sobotky a Andrea Babiše. Postu se vzdal ke konci června 2021.