لم يمكث الزبير في الحبشة طويلًا، فقد رجع إلى مكة مع من رجعوا ومكث بها حتى هَاجَرَ إِلَى يثرب. وفي مكة تزوج أسماء بنت أبي بكر، ولما تزوجها لم يكن يملك مالا ولا مملوكا ولا شيء غير فَرَسِهِ، وحملت أسماء بعبد الله، ولما خرج النبي محمد وأبي بكر مهاجرين وذهبا إلى غار ثور، كانت أسماء بنت أبي بكر تأتيهما من الطعام إذا أمست بما يصلحهما وهي حامل، ثم خرج النبي وصاحبه من الغار متجهان إلى يثرب وكان الزبير قد ذهب في تجارة إلى الشام، وفي طريق عودته إلى مكة لقي النبي وأبي بكر وهما في طريقهما إلى يثرب، فكساهما ثياب بياض، فعن عروة بن الزبير قال: «أن رسول الله ﷺ لقي الزبير في ركب من المسلمين كانوا تجارًا قافلين من الشام (إلى مكة)، فكسى الزبيرُ رسول الله ﷺ وأبا بكر ثياب بياض»، فكانت هجرة الزبير إلى المدينة المنورة بعد هجرة النبي وأبي بكر.

وكان من مواقفه في الحبشة أنه لما خرج رجل ينازع النجاشي ملكه أرسله المسلمون ليحضر الوقعة ويعلم على من تكون، فعن عروة بن الزبير عن أم سلمة قالت: «خرج عليه رجل من الحبشة ينازعه في ملكه، فوالله ما علمنا حزنا قط هو أشد منه، فرقا من أن يظهر ذلك الملك عليه فيأتي ملك لا يعرف من حقنا ما كان يعرفه، فجعلنا ندعو الله ونستنصره للنجاشي فخرج إليه سائرا، فقال أصحاب رسول الله ﷺ بعضهم لبعض: من يخرج فيحضر الوقعة حتى ينظر على من تكون؟
وقال الزبير - وكان من أحدثهم سنا - أنا، فنفخوا له قربة فجعلها في صدره، فجعل يسبح عليها في النيل حتى خرج من شقه الآخر إلى حيث التقى الناس فحضر الوقعة، فهزم الله ذلك الملك وقتله، وظهر النجاشي عليه. فجاءنا الزبير فجعل يليح لنا بردائه ويقول: ألا فأبشروا، فقد أظهر الله النجاشي، قلت: فوالله ما علمنا أننا فرحنا بشيء قط فرحنا بظهور النجاشي، ثم أقمنا عنده حتى خرج من خرج منا إلى مكة وأقام من أقام».

لما اشتد الأذى على الزبير والمسلمين بمكة؛ أذن النبي لأصحابه بالخروج والهجرة إلى الحبشة فقال: «لو خرجتم إلى أرض الحبشة؟ فإن بها ملكا لا يظلم عنده أحد، وهي - أرض صدق - حتى يجعل الله لكم فرجا مما أنتم فيه»، فخرج الزبير مهاجرًا إلى الحبشة، وكان عددهم أحد عشر رجلًا وأربع نسوة، وقيل: وامرأتان، وقيل: كانوا اثني عشر رجلًا، وقيل: عشرة، فخرجوا من مكة حتى وصلوا ساحل بحر القلزم، ثم أمَّروا عليهم: عثمان بن مظعون، ووجدوا سفينتين، فركبوا مقابل نصف دينار لكل منهم، وعلمت قريش فأسرعت في تعقبهم إلى الساحل ولكنهم كانوا قد أبحروا، وكان ذلك في رجب من العام الخامس بعد البعثة الموافق 615 م.

وكان عمّه نوفل يُعذِّبه ليرجع عن الإسلام، فكان يعلقه في حصير، ويدخّن عليه، وكان الزبير يقول: «لا أكفر أبدًا.»، فلما رأى عمه أنه لا يترك الإسلام تركه، وقد رُوِى أنه سرت شائعة ذات يوم أن النبي محمد أُخِذ بأعلى مكة، فخرج الزبير وبيده سيفه، قال عروة بن الزبير: «نفحت نفحة من الشيطان أن رسول الله أخذ بأعلى مكة، فخرج الزبير وهو غلام، ابن اثنتي عشرة سنة، بيده السيف، فمن رآه عجب، وقال: الغلام معه السيف، حتى أتى النبي ﷺ فقال: ما لك يا زبير؟ فأخبره وقال: أتيت أضرب بسيفي من أخذك.»، وقال عروة: «جاء الزبير بسيفه، فقال النبي ﷺ: ما لك ؟ قال: أُخبِرت أنك أُخِذت. قال: فكنت صانعًا ماذا؟ قال: كنت أضرب به من أخذك. فدعا له ولسيفه.»، ولهذا قيل أن الزبير هو أول من سل سيفًا في الإسلام.

أسلم الزبير صغيرًا، واختُلِف في سن إسلامه، فقيل أنه أسلم وهو ابن ست عشرة سنة، وقيل ابن اثنتي عشرة سنة، وقيل ابن ثمان سنوات، وكان الزبير من أوائل المسلمين، فبعدما أسلم أبو بكر الصديق أخذ يدعو للإسلام، وكان ممن أسلم على يديه الزبير، قال ابن إسحاق: «فَأَسْلَمَ عَلَى يَدَيْهِ - يعني أَبي بَكْرٍ - فِيمَا بَلَغَنِي: الزُّبَيْرُ بْنُ الْعَوَّامِ، وَعُثْمَانُ بْنُ عَفَّانَ، وَطَلْحَةُ بْنُ عُبَيْدِ اللَّهِ، وَسَعْدٌ، وَعَبْدُ الرَّحْمَنِ بْنُ عَوْفٍ، فَانْطَلَقُوا حَتَّى أَتَوْا رَسُولَ اللَّهِ ﷺ وَسَلَّمَ وَمَعَهُمْ أَبُو بَكْرٍ، فَعَرَضَ عَلَيْهِمُ الإِسْلامَ، وَقَرَأَ عَلَيْهِمُ الْقُرْآنَ، وَأَنْبَأَهُمْ بِحَقِّ الإِسْلامِ، وَبِمَا وَعَدَهُمُ اللَّهُ مِنَ الْكَرَامَةِ، فَآمَنُوا وَأَصْبَحُوا مُقِرِّينَ بِحَقِّ الإِسْلامِ، فَكَانَ هَؤُلاءِ النَّفَرُ الثَّمَانِيَةُ الَّذِينَ سَبَقُوا إِلَى الإِسْلامِ، فَصَلَّوْا وَصَدَّقُوا رَسُولَ اللَّهِ ﷺ وَآمَنُوا بِمَا جَاءَ مِنْ عِنْدِ اللَّهِ»، وقيل أنه كان رابع من أسلم أو الخامس، وكانت الدعوة سرية حينئذٍ، فكان الزبير يجتمع مع النبي والمسلمين الأوائل في دار الأرقم بن أبي الأرقم وبقوا فيها شهرًا، حتى بلغوا ما يقارب أربعين رجلاً وامرأةً، فنزل الوحي يكلف الرسول بإعلان الدعوة والجهر بها.

كَانَ الزُّبَيْرُ بنُ العوامِ طويلًا إذا ركب الدابة خطت رجلاه الأرض خَفِيفَ اللِحيَة والعَارِضَين، وقال عروة: «رُبَّمَا أَخَذْتُ بِالشَّعْرِ عَلَى مَنْكِبَيِ الزُّبَيْرِ، وَأَنَا غُلَامٌ فَأَتَعَلَّقُ بِهِ عَلَى ظَهْرِهِ وَكَانَ رَجُلًا لَيْسَ بِالطَّوِيلِ وَلَا بِالْقَصِيرِ، إِلَى الْخِفَّةِ، مَا هُوَ فِي اللَّحْمِ، وَلِحْيَتُهُ خَفِيفَةٌ أَسْمَرَ اللَّوْنِ أَشْعَرَ.»، وفي رواية أخرى عن عروة، قال: «كَانَ الزُّبَيْرُ طَوِيلًا تَخُطُّ رِجْلَاهُ إِذَا رَكِبَ الدَّابَةَ أَشْعَرَ.»

وقاتلَ الزّبيرُ رجلًا بمكّة، فكَسَرَ يَدَهُ؛ وكان ما زال غلامًا، فحُمِلَ الرجل إلى صفيّة، فقالت:

كَيفَ رَأيْتَ زَبْرَا
أَأَقِطًا أَوْ تمرا
أمْ مُشْمَعِلًا صَقْرَا؟

كانت أمه تكنيه أبا الطاهر، بكنية أخيها الزبير بن عبد المطلب، وكانت تضربه وهو صغير وتُغلِظ عليه، فعاتبها عمه نوفل بن خويلد وقال: «ما هكذا يُضرب الولد؛ إنك لتضربينه ضَرْب مُبْغضة» فقالت:

مَنْ قَالَ إِنِّي أُبْغضه فقد كـذب
وَإِنَّمَا أَضْرِبُهُ لِكَـي يَلَبْ
وَيَهْزِمَ الجَيْشَ وَيَأْتِـي بَالسَّلَبْ
وَلا يَكُن لِمَالِهِ خَبْأٌ مُخَبْ

نشأ الزبير في مكة يتيمًا، فقد قُتِل أبوه العوام بن خويلد في حرب الفجار، حيث قتله مُرَّة بن مُعتِّب الثقفيّ، وقال رجل من ثقيف متباهيًا بمقتله:

منَا الذي ترك العوَّام مُنْجدلاً تَنتابه الطيرُ لحماً بين أَحجارِ

وله أربعة إخوة وأربع أخوات:
السائب بن العوام: أمه صفية بنت عبد المطلب فهو شقيق للزبير، أسلم وحضر غزوة أحد وغزوة الخندق، وقُتِل السائب في معركة اليمامة.
عبد الرحمن بن العوام: أمه أم الخير أميمة، حضر غزوة بدر في صفوف قريش، وأسلم يوم فتح مكة عام 8 هـ، وذكر الزبير بن بكار أن اسمه كان في الجاهلية «عَبْد الكعبة» فسماه النبي «عبد الرحمن»، وقُتِل عبد الرحمن في معركة اليرموك، وقُتِل ابنه عبد الله يوم الدار في بيت عثمان بن عفان.
عبد الله بن العوام: أمه أم الخير أميمة، حضر غزوة بدر مع أخيه عبد الرحمن في صفوف قريش، فلما انهزموا كان وأخوه عبد الرحمن على جَمَل فوجدا حكيم بن حزام ماشيًا وهو ابنُ عمهما، وكان عبد الله أعرجًا؛ فقال له أخوه عبد الرحمن: «أنزل بنا نركب حكيمًا»، فقال: «أنشدك الله فإني أعرج»؛ فقال: «والله لتنزلنّ عنه، ألا تنزل لرجلٍ إنْ قُتِلْت كفاكَ، وإن أُسِرت فَدَاكَ؟» فنزل، وأركبا حكيمًا على الجمل، فنجا حكيم، ونجا عبد الرحمن على راحلته، وأُُدرِك عبد الله فقُتل.
عبد الكعبة بن العوام: ذكر محمد بن سعد البغدادي وغيره أن للزبير أخا آخر اسمه عبد الكعبة من أمه صفية بنت عبد المطلب.
أم حبيب بنت العوام: أمها صفية بنت عبد المطلب فتكون شقيقة للزبير. كانت زوج خالد بن حزام أخي حكيم بن حزام، فولدت له أم الحسن، ومات خالد بن حزام راجعًا من هجرة الحبشة الأولى إلى مكة.
زينب بنت العوام: صحابية، وشاعرة، أدركت الإسلام، وأسلمت، تزوجها حكيم بن حزام، فأنجبت له خالد ويحيى وشيبة وعبد الله وفاختة، أسلموا يوم الفتح. قتل ابنها عبد الله بن حكيم يوم الجمل فرثته وذكرت أخاها وابنها بأبيات. توفيت زينب نحو عام 40 هـ.
هند بنت العوام: زوجة الصحابي زيد بن حارثة.
أم السائب بنت العوام: قال هشام: «وكان للزبير أخت يقال لها أم السائب بنت العوام».