Fue miembro de una importante saga de artistas, que incluye a su hermano, el arquitecto Isidro González Velázquez, y a su padre, Antonio, que fue pintor de cámara de Carlos III y director de la Academia de San Fernando. Su formación artística, sin embargo, estuvo vinculada a su cuñado Mariano Salvador Maella. Ese contexto lo mantuvo desde el inicio de su carrera cerca de los comitentes oficiales más importantes del país, empezando por la Casa Real, para la que realizó numerosas pinturas al fresco en la Casita del Labrador de Aranjuez, que decoró con temas de carácter mitológico y alegórico, en un estilo en el que se mezclan elementos tardobarrocos con características neoclásicas. En 1802 fue nombrado pintor de cámara y durante ese tiempo compaginó su labor al servicio de la monarquía con encargos procedentes de otras instituciones, con frecuencia religiosas. Tras la Guerra de Independencia trabajó al servicio de Fernando VII e intervino de nuevo en la decoración de los sitios reales, especialmente del Palacio de El Pardo.

Además de como prolífico autor de decoraciones al fresco, Zacarías González Velázquez ha pasado a la historia de la pintura española como autor de una notable serie de retratos, que en varios casos reflejan a personajes de su entorno familiar y profesional, realizados con una técnica precisa y cuidadosa que demuestra un manejo muy sutil y delicado de las expresiones y afectos, lo que constituye un espléndido reflejo de las apariencias y las expectativas de la sociedad burguesa madrileña a caballo entre los reinados de Carlos IV y Fernando VII.