Před soudem, který proběhl v prosinci 2008, byla po dobu osmi měsíců držena na samotce. Během této doby Zejnab vypověděla, že ji bili, bičovali na chodidlech a opakovaně tloukli hlavou o zeď, což způsobilo frakturu lebky, vnitřní krvácení do mozku a významné zhoršení zraku. Bylo jí také vyhrožováno znásilněním a sexuálním násilím. Její proces byl hrubě nespravedlivý: trval pouze několik minut a byla při něm za údajné „nepřátelství vůči Bohu“ odsouzena k trestu smrti – na základě doznání, které učinila po měsících mučení a bez jakýchkoli důkazů spojujících ji s ozbrojenými aktivitami. Po celou dobu neměla přístup k právníkovi. Trest smrti jí byl v prosinci 2011 změněn na doživotí.

V dubnu 2016 pracovní skupina OSN pro svévolné zadržování vyzvala íránské úřady, aby s okamžitou platností Zejnab Džalalian propustily, protože byla zadržena pouze za pokojné uplatňování svých práv na svobodu projevu a sdružování. Pracovní skupina uvedla, že jí bylo upřeno právo na spravedlivý proces a že zacházení s ní porušilo zákaz mučení a jiného krutého, nelidského či ponižujícího zacházení nebo trestání.

V dubnu 2020 byla Zejnab Džalalian převezena do věznice Šahr-e Rey poblíž Teheránu. V červnu 2020 se ve vězení nakazila covidem. Vyšetřovatelé z ministerstva zpravodajských služeb jí i přes zhoršující se zdravotní stav pohrozili, že jí nebude umožněn přístup ke zdravotní péči, pokud s nimi nezačne spolupracovat a pokud neučiní „doznání“ na kameru. Džalalian začala držet protestní hladovku. Později byla převezena do další věznice, v provincii Kermán, kde byla tři měsíce držena na samotce a bez možnosti kontaktu s rodinou. Byl jí umožněn pouze jeden krátký hovor za přítomnosti vyšetřovatelů, během nějž musela mluvit persky, a nikoliv kurdsky, tedy svým mateřským jazykem. Vyšetřovatelé jí sdělili, že byla do jiné věznice převezena kvůli svým kontaktům se zahraničními lidskoprávními organizacemi.

V září 2020 byla převezena do další věznice, v provincii Kermánšáh. Džalalian popsala samotné přesuny jako druh „duševního mučení“; každý přesun do věznice znamenal přizpůsobení se novým dozorcům, vězňům a systémům. Zejnab si také během přesunů nemohla vzít s sebou všechny své osobní věci.