Za svou divadelní hru Příběhy obyčejného šílenství, kterou sám režíroval v Dejvickém divadle, získal Cenu Alfréda Radoka. Hra byla později nastudována na dalších scénách (Varšava, Budapešť, Nitra, Lublaň, Tübingen, řada českých divadel). Na základě této hry později napsal scénář ke stejnojmennému filmu, který však úspěch původní divadelní inscenace nezopakoval. Další významnou Zelenkovou hrou je Teremin, inspirovaný životním příběhem Lva Sergejeviče Těrmena, a uvedený v autorově režii v Dejvickém divadle (premiéra 17. listopadu 2005). Roku 2006 hru nastudoval Sergej Fedotov v Divadle U mostu v Permi. Jeho nejnovější hrou uvedenou na divadle jsou Ohrožené druhy (2011). Režíroval také televizní seriál Terapie.

V dubnu 2010 se účastnil společně s Marthou Issovou a Jiřím Mádlem přípravy klipu určeného pro mládež „Přemluv bábu a dědu, ať nevolí levici,“ který zvedl vlnu vášní a stal se tématem polemiky na stránkách osobních blogů i internetových periodik, neboť „věcné argumenty míchá s úšklebky, které podle kritiků balancují na hraně vulgárního zesměšňování venkova a starých lidí“. Klip byl inspirován volebním klipem, ve kterém Sarah Silverman vyzývala k volbě Baracka Obamy. Autoři svou inspiraci přiznali až dodatečně.

V roce 2013 měla v Národním divadle premiéru opera Aleše Březiny Toufar, kterou Petr Zelenka režíroval. V roce 2015 měl premiéru jeho film Ztraceni v Mnichově o papouškovi francouzského premiéra Édouarda Daladiera, inspirovaný statí Mnichovský komplex historika Jana Tesaře.