Žarko Domljan rođen je 14. rujna 1932. u Imotskom, gdje mu je otac bio kotarski liječnik. Od 1942. živi u Zagrebu, gdje je 1958. diplomirao povijest umjetnosti i engleski jezik te doktorirao 1973. Usporedno je završio i srednju glazbenu školu (rog) i bio član orkestra HNK U Zagrebu od 1955. do 1957.

Od 1958. stalno je zaposlen u Jugoslavenskom leksikografskom zavodu, gdje je prošao sve radne faze od urednika, glavnog urednika do pomoćnika direktora. Bio je urednik u Enciklopediji likovnih umjetnosti, glavni urednik nedovršene Likovne enciklopedije Jugoslavije (I-II, 1984. i 1987.) i Enciklopedije hrvatske umjetnosti (I-II, 1995. i 1996.).
Bavio s likovnom kritikom, pisao o arhitekturi, urbanizmu i prostornom planiranju (15 dana, Arhitektura, Čovjek i prostor). Objavio je monografiju Arhitekt Hugo Ehrlich (1979.). Bio je glavni urednik časopisa Život umjetnosti (1969. - 76.) i predsjednik Društva povjesničara umjetnosti Hrvatske (1969. - 72.).

Nakon političke afere izazvane prvim sveskom Hrvatskog biografskog leksikona (1984.), prelazi početkom 1987. u Institut za povijest umjetnosti, gdje vodi znanstvene projekte Sintezni pregled umjetnosti u Hrvatskoj i Umjetnička topografija Hrvatske (Križevci - grad i okolica, Zagreb 1993.).

Na prvim slobodnim izborima 1990. izabran je u Hrvatski sabor na listi HDZ-a. Bio je prvi predsjednik Sabora 1990. - 92., a zatim u sljedećim dvama mandatima potpredsjednik Sabora, predsjednik saborskog Odbora za vanjsku politiku. Pododbora za suradnju s Europskim parlamentom te voditelj saborske delegacije u Parlamentarnoj skupštini Vijeća Europe i drugim međunarodnim organizacijama (WEU, IPU, Srednjoeuropska inicijativa). Od 1991. voditelj je, a zatim predsjednik Odbora za obnovu Dubrovnika.