پدرش احمد میرزا ظلی از نوادگان ظلالسلطان پسر فتحعلی‌شاه بود. ظلی در آواز از شاگردان اقبال‌آذر و عارف قزوینی بود. با توجه به عمر کوتاه او توانایی حنجره او به اندازه‌ای بود که آثارش را در طراز و اندازه خوانندگانی چون سید حسین طاهرزاده، قمرالملوک وزیری، ابوالحسن‌خان اقبال‌آذر و اسماعیل ادیب خوانساری ارزیابی می‌کنند.
او از جمله شاگردان مکتب اقبال آذر بود، اما صدایش هویت مستقلی داشت و یکی از شگفتی‌های اهالی موسیقی بی‌تاثیری او از شیوه استادش اقبال آذر بود .
ظلی از معدود خوانندگانی به شمار می‌رفت که محضر عارف قزوینی را هم درک و دریافت کرد.او صفحه گراموفونی با ارسلان درگاهی (سه‌تار) و ابوالحسن صبا (ویولون) و مشیر همایون شهردار (پیانو) ضبط کرده‌است.
تحریرهای ارائه شده در صدای ظلی اگرچه به دلیل کیفیت پایین ضبط صدا در دوره‌ای که او می‌خواند و کنسرت می‌داد، چندان واضح نیست،اما از سرعت و ظرافت و دقتی برخوردار است که تقریبا به عنوان نمونه‌های ناب و مدرسی تحریر در سنت موسیقی آوازی ایران از آن یاد می‌شود.
از جمله آوازهای او آواز اصفهانش است که محمدرضا لطفی در بروشور آلبوم بازسازی‌اش از این آواز درباره آن نوشته است: این آواز در دوره خودش یکی از آوازهای مورد توجه عام و خاص بود و تا به امروز بیشتر خوانندگان مانند بنان و شجریان متاثر از آن بوده و هستند. یکی از نکات بارز این اثر جاودانه، در نوع صدای پرتحریر و با صلابت ظلی نهفته است. تحریرهای ریز پیوسته همراه با بیان شعر و کشش‌های بجا و درست اشعار که هنوز تاثیرش را در تاریخ موسیقی ما جاودانه نگاه داشته است.
ظلی در سن ۳۹ سالگی در ۲۳ بهمن ۱۳۲۴ به بیماری سل درگذشت.