В 258 году Зенобия выходит замуж за пальмирского князя Одената Септимия, который в этом же году становится правителем Пальмиры. Молодой князь был пленен неземной красотой девушки. Ее серебристо-серые глаза миндалевидной формы в обрамлении черных ресниц и белоснежная улыбка околдовали Одената. Черные густые волосы Зенобии и нежная бледно-золотистая кожа привлекали восторженные взгляды и молодых, и зрелых мужчин. Боги были щедры к ней, одарив ее не только прекрасной внешностью, но и большими способностями. Она хорошо владела греческим, древнеегипетским и сирийским языками, понимала латынь, изучала историю Востока, была знакома с произведениями Платона и Гомера. Обладая выносливостью и умея хорошо держаться в седле, Зенобия часто сопровождала мужа в походах. Она без видимой усталости могла пешком пройти несколько миль, а при необходимости наравне с мужчинами осушить не одну чашу вина, оставаясь в здравом уме. Оденат восторгался любимой женой, считая ее своей надежной и мудрой помощницей. Они были счастливы в браке.
Но в 27 лет Зенобия стала вдовой, а ее старшему сыну Вабаллату было всего 8 лет. По одной из версий, Оденат стал жертвой заговора Рима, правителя которого пугала растущая популярность и высокий статус пальмирца. Согласно второй версии, Оденат был отравлен родственниками, мечтавшими занять его место. Но вполне вероятно, что он мог и погибнуть во время похода в Малую Азию.
Рим не признал за сыном Одената титул его отца, а Зенобия не собиралась признавать решение римского императора. Она уже объявила себя регентшей и взяла правление Пальмирой в свои руки. Будучи человеком честолюбивым и решительным, царица строила большие планы — расширение границ Пальмирской державы и получение полной независимости от Рима. Она мечтала утвердить власть своей династии и превратить Пальмиру в великую империю. Получив поддержку подданных, Зенобия повела присягнувшие ей на верность войска в Малую Азию, а потом в Египет, завоевав по пути Сирию и Палестину. Через четыре года ее царство простиралось от проливов Босфор и Дарданеллы до реки Евфрат и далее на юг до Нила.
Уверенные действия Зенобии поддерживал ее наставник и советник, известный греческий философ Кассий Лонгин. В 267–268 годах он обучал царицу греческому языку и литературе, а позже стал ее советником в государственных делах. Возможно, что именно он и убедил Зенобию сделать рискованный шаг — провозгласить независимость Пальмиры от Рима.
Летом 271 года пальмирские войска вошли в Египет, самую большую провинцию Римской империи. В Александрии Зенобия сделала официальное заявление, объявив своего сына царем Восточной империи, а себя царицей Востока. Здесь же, в Александрии, она распрощалась с римской одеждой, поменяв ее на каласирис — наряд, представляющий смесь египетского, персидского и парфянского стилей. Ее стройное сильное тело прекрасно смотрелось в этом длинном свободном одеянии без рукавов и с круглым вырезом. Сверху одевалась накидка, подкладка которой была из золотой парчи. Накидка крепилась золотыми пряжками на плечах и сверху была украшена перьями самцов павлинов. На руках сверкали массивные золотые браслеты, а голова была перевязана золотой лентой, украшенной спереди фигуркой змеи — символом царской власти в Египте.
В Пальмире начали чеканить монеты с изображением Зенобии и ее сына Вабаллата, были установлены статуи Одената и Зенобии. Это был период наибольшей славы пальмирской царицы. Своими смелыми действиями она обратила на себя внимание всего античного мира, встав в один ряд с такими женщинами-правительницами, как легендарная ассирийская царица Семирамида, повелительница Древнего Египта Клеопатра VII, прославленная царица Савская.
К этому времени уже более года Римскую империю возглавлял Аврелиан. Придя к власти весной 270 года, он уже успел навести порядок в самом Риме и справиться с варварами, доставлявшими своими вторжениями кучу хлопот. Пришел черед разобраться с дерзкими выходками Пальмирской державы и Галльской империи. Осенью 271 года Аврелиан планирует во что бы то ни стало вернуть Риму все его восточные провинции.
В начале 272 года в Египет направляется римская армия во главе с опытным полководцем Пробом, которому удается одержать победу над войсками пальмирцев, изгнав их из своей бывшей провинции. Зенобия также проигрывает битву под Антиохией и Эмессой и с остатком войск отступает в Пальмиру. Противник оказался сильнее, опытнее и хитрее.
Подойдя к Пальмире, Аврелиан написал Зенобии письмо, в котором предлагал царице сдаться, обещая сохранить жизнь ей и ее близким. Но полученный ответ был отрицательным.
Переписка ничем, кроме амбициозных высказываний каждого из правителей, не закончилась, и разгневанный и утомленный вереницей войн Аврелиан начинает осаду Пальмиры. Несмотря на храбрость бойцов и военный талант правительницы, город не смог выдержать затянувшейся осады. Зенобия пыталась бежать за помощью к персам, но была окружена конницей римского императора на берегу реки Евфрат и взята в плен. Пальмира была покорена.