Joe Zawinul, diminutivo di Josef Erich Zawinul, nasce da famiglia con origini ungheresi, ceche e rom a Erberg, quartiere di Vienna. Inizia a suonare il clarinetto, poi all'età di 6 anni riceve in regalo una fisarmonica, che impara a suonare da autodidatta. Studia musica classica, violoncello e pianoforte al conservatorio di Vienna. Nel 1944 per sfuggire ai bombardamenti la sua famiglia si trasferisce in Cecoslovacchia, dove continua a studiare pianoforte. Quando esce in Austria il film Stormy weather ne rimane così affascinato da andare a vederlo più volte. Da quel momento nasce la sua passione per il jazz. Inizia a suonare in trio nelle varie basi americane sparse per l'Europa. Nel 1959 ottiene una borsa di studio presso la Berklee college of music di Boston e si trasferisce negli Stati Uniti. Collabora con Ben Webster, Mark Murphy e soprattutto con Cannonball Adderley, per il quale scrive gli hit Scotch and Water e Mercy, Mercy, Mercy. Nel 1965 fonda il suo primo gruppo con il clarinettista Karl Drevo. Scopre l'Hammond B-3, che all'epoca era uno dei primi tentativi di creare uno strumento in grado di sintetizzare il suono.

Nel 1968 avviene l'incontro con Miles Davis, presentatogli da Adderley. Zawinul partecipa alle registrazioni dell'album In a Silent Way e compone anche il brano omonimo. Si converte ormai definitivamente alle tastiere elettroniche, di cui acquisisce una padronanza assoluta e contribuisce alla svolta "elettrica" di Davis, partecipando anche alle registrazioni dei dischi successivi: Bitches Brew, Live Evil e Big Fun.

Nel 1971 assieme al sassofonista Wayne Shorter fonda il gruppo dei Weather Report, di cui fanno parte Miroslav Vitous, Alphonse Mouzon e Airto Moreira.

Il gruppo rimane assieme per 14 anni alternando diverse formazioni, in cui hanno militato anche Peter Erskine e il noto bassista Jaco Pastorius, che deve al progetto Weather Report molta della sua notorietà. La musica del gruppo, pur mantenendosi fedele al jazz e al suo spirito di improvvisazione, concede anche spazio alla teatralità del rock, al funk, folk e classicismo, riuscendo a distinguersi e a creare uno stile particolare e facilmente riconoscibile all'interno del genere fusion che stava nascendo e che il gruppo ha contribuito a creare.

Nel 1985 Zawinul e Shorter intraprendono strade musicali diverse, ha termine il loro sodalizio e di conseguenza vengono sciolti anche i Weather Report.

Zawinul inizia una tournée da solo con le proprie tastiere e successivamente fonda il gruppo Weather Update e con loro intraprende un tour mondiale.

Al rientro dal tour si concede circa due anni di pausa e poi pubblica il primo disco con il suo nuovo gruppo, i Zawinul Syndicate.

Malato da tempo di cancro, muore a 75 anni, l'11 settembre 2007 alle 04:55, nella Clinica Wilhelmina di Vienna, dove era ricoverato dal 5 agosto.

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