Po studiích reklamního výtvarnictví ve francouzském Aix-en-Provence zase procestoval Maroko, Egypt nebo Řecko. A stihl by toho patrně víc, kdyby ho na cestě „na zkušenou" nezastihl odvod. Po vojně v Pardubicích ale už zůstal v Československu.

Po konci druhé světové války se začal ve zlínských studiích věnovat kreslenému filmu. Jeho první kombinovaný krátkometrážní snímek Vánoční sen (natočil jej spolu s Hermínou Týrlovou a režisérem Bořivojem Zemanem) z roku 1946 dostal Cenu za nejlepší loutkový film na MMF v Cannes.

Později sklidil u diváků úspěch svou sérií veselých příběhů o Panu Prokoukovi. V roce 1955 natočil Zeman celovečerní dobrodružný film Cesta do pravěku, který úspěšně kombinoval živé herce a reálné exteriéry s trikovými záběry.

Poetický rukopis, v němž novátorsky spojoval animovaný film s hraným, rozvíjel Karel Zeman i později. Do srdce diváků, ale také filmových znalců od Kanady po Japonsko, se zapsal například Vynález zkázy (1958), natočený na motivy stejnojmenného románu Julese Verna.

Hranice Československa překročila i Zemanova další díla – například Baron Prášil, Ukradená vzducholoď, Na kometě nebo pohádka Čarodějův učeň.