Зелимхан Муцоев родился 13 октября 1959 года в городе Тбилиси, Грузия. Рос в семье советских служащих. В 10 лет остался сиротой и фактически - старшим в семье. Учился и трудился разнорабочим, затем - водителем на стройке, отслужил срочную службу в рядах Советской Армии, где серьезно занялся спортом: регби и метание молота.
В 1982 году Муцоев поступил в Волгоградский инженерно-строительный институт на отделение экономики и организации строительства. В 1987 году создал одно из первых в Советском Союзе хозрасчетных предприятий, филиалы которого вскоре были открыты в нескольких союзных республиках. В 1989 году после успешного окончания института стал председателем Ассоциации малых и средних предприятий СССР. Сначала девяностых успешно занимался коммерческой и внешнеэкономической деятельностью.
В 1999 году избран депутатом Государственной Думы РФ III созыва от Первоуральского избирательного округа № 166. Вошел в Комитет по промышленности, строительству и наукоемким технологиям. В 2003 году переизбран депутатом Государственной Думы IV созыва. С 2004 года - заместитель Председателя Комитета по международным делам, координатор группы взаимодействия с законодательными органами стран Ближнего Востока и Центральной Азии.
В том же 2004 году Муцоев Зелимхан вступил в политическую партию «Единая Россия». Входит в состав Генерального Совета партии. В 2007 и в 2011 году избирался депутатом Государственной Думы РФ пятого и шестого созывов от Свердловской области. В 2013 году стал заместителем Председателя Комитета Государственной Думы по делам соотечественников и СНГ.
На выборах 18 сентября 2016 года Муцоев Зелимхан Аликоевич избран Депутатом Государственной Думы VII созыва от избирательного округа 0173, Первоуральский - Свердловская область. Член фракции «Единая Россия». Входил в парламентский комитет по международным делам.
На выборах 18 сентября 2016 года Муцоев Зелимхан Аликоевич избран Депутатом Государственной Думы VII созыва от избирательного округа 0173, Первоуральский - Свердловская область. Является членом фракции «Единая Россия». Входит в парламентский комитет по обороне.
В Кремле 24 сентября 2020 года депутату Государственной Думы Зелимхану Муцоеву была вручена государственная награда - медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» I степени.
С 1999 по 2020 год, в течение исполнения полномочий депутата Государственной Думы Российской Федерации III, IV, V, VI и VII созывов, Зелимхан Аликоевич Муцоев выступил соавтором 76 законодательных инициатив и поправок к проектам федеральных законов.