TÜBİTAK NATO bursu ile gittiği İngiltere’den, 1972 yılında su bilimleri dalında “Diploma of Imperial College” ve “Master of Science” derecelerini almıştır. 1974’te ise “stokastik modelleme ve hidroloji uygulamaları” konusunda University of London’dan doktora derecesini alarak Türkiye’ye dönmüştür. 1975-1982 yılları arasında İTÜ İnşaat Fakültesi Hidrolik ve Su Kuvvetleri Kürsüsü’nde çalışmıştır. 1982-1992 yılları arasında Suudi Arabistan’da Kral Abdulaziz Üniversitesi Yer Bilimleri Fakültesi Hidrojeoloji Bölümü’nde başkan ve öğretim üyesi olarak çalışmıştır. 1979’da doçent, 1984’te de profesör olmuştur. 1992-2005 yılları arasında İTÜ Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Meteoroloji Mühendisliği Bölümü’nde başkanlık ve öğretim üyeliği yapmış; 2005’te İTÜ İnşaat Fakültesi Hidrolik Ana Bilim Dalı’nda çalışmalar yapmaya başlamıştır. 1978 yılında TÜBİTAK Teşvik Ödülü’nü, 1993’te ise TÜBİTAK Bilim Ödülü’nü almıştır. American Biography Institute tarafından belirlenen dünyadaki 500 bilim öncüsü arasında yer aldı. 2008 yılına kadar devam eden UNESCO İklim Değişikliği Paneli’nde Türkiye’yi temsil etmiş ve çalıştığı takıma Nobel Ödülü verilmiştir. Kendisine de bu konuda Nobel Ödül beraatı verilen Şen, halen Su Vakfı’nın başkanlığını yürütmektedir. Akademi, bilim, sanat, iş dünyası ve siyaset camiasından çok sayıda ismin katıldığı 2021 İlim Yayma Ödülleri’nde “Büyük Ödül”ün sahibi Prof. Dr. Zekai Şen, ödülünü Cumhurbaşkanı Erdoğan’ın elinden almıştır. Ulusal ve uluslararası düzeyde oldukça fazla bilimsel yayını bulunan Şen’in iklim değişikliği eksenindeki yayınlarından bazıları şöyledir: İklim Değişikliği ve Türkiye Su Kaynaklarına Etkisi, İklim Değişikliğinin Su ve Enerji Kaynaklarımıza Etkisi, İklim Değişikliği Yerel Yönetimler ve Sektörler, İklim Değişikliği İçerikli Taşkın Âfet ve Modern Hesaplama Yöntemler, İklim Değişikliği Tatlı Su Kaynakları ve Türkiye. İTÜ’den emekliliğinden sonra çalışmalarına İstanbul Medipol Üniversitesi’nde devam etmekte olan Prof. Dr. Zekai Şen, birçok yeni bilimsel yöntemi dünya literatürüne kazandırmıştır ve bunlar arasında en önemlisi 2012 yılında geliştirdiği “Innovative Trend Analysis, ITA” yöntemidir. İlgilendiği konular arasında Matematik ve Stokastik süreçlerle modelleme; Fraktal geometrisi, Su Bilimleri (Hidroloji, Hidrojeoloji, Hidrometeoroloji, Çevre); Bilim Tarihi ve Felsefesi; Mantık ve özellikle de Bulanık (Fuzzy) mantık; Yapay Sinir Ağları, Genetik Algoritmalar; Temiz ve Yenilenebilir Enerji konular gelmektedir.