Tom Bradshaw slitsade hem för att sätta de röda framför och Sam Winnall fördubblade ledningen genom att leda sin 11: e för säsongen från Conor Hourihane hörn.
Jacques Maghoma drog tillbaka en innan intervallet och en dubbel ersättning betalade sig för Zola efter pausen.
Barnsleyförsvararen Marc Roberts skickades iväg för att ha smittat Che Adams och Lukas Jutkiewicz jämnats ut från platsen.
Jutkiewicz, en av de två spelarna tog på sig för andra halvan, slog spot-kick hem för hans sjunde mål för säsongen, för att förhindra Blues lider en tredje på varandra följande nederlag under sin italienska chef.
Båda sidor bar svarta armband och deltog i en minuts applåder till minne av Barnsley legend Norman Rimmington, som dog den 29 december i åldern 93 år efter att ha tjänat klubben sedan 1940-talet.
Hans gamla klubb ökade in i en befallande ledning när de såg ut att runda av ett av de bästa åren i sin historia i stil, efter att ha vunnit Football League Trophy och säkrade befordran på Wembley förra säsongen.
Tomasz Kuszczak höll Birmingham i det med en trippel spara för att förneka Marley Watkins, Winnall och Ryan Kent innan Adams spelade i Maghoma för att minska underskottet.
Den polska djurhållaren gjorde mer avgörande stopp från Winnall och Sam Morsy efter besökarna hade dragit nivå, medan David Cotterill var bara bred med en fri-kick som Blues såg för att vinna den i andra änden.
Barnsley slutet 2016 på nionde plats i mästerskapet, ovanför Aston Villa och Birmingham på målskillnad.
Barnsley huvudtränare Paul Heckingbottom:
"Jag var nog gladare med andra halvan. Vi var fantastiska med 10 män och utan tvekan skapade de bästa chanserna.
"Jag var verkligen nöjd med de mål vi gjorde eftersom de var de vi har arbetat på, vilket alltid är glädjande.
"Jag sätter inga mål. Vi ger allt, varje dag. Det är en del av ditt ansvar, att försöka hårt."
(Om Roberts avsked) "Det är regeln och det är så det är nu så du måste acceptera det. "Robbo" gjorde inte ett riktigt försök att vinna bollen."
Birmingham City manager Gianfranco Zola berättade för BBC WM:
"Det var mycket viktigt hur spelarna reagerade. Vi gjorde misstag och blev straffade för dem, men det var det svar jag sökte.
"Vi gjorde en dubbel substitution. Vi var tvungna att försöka göra något. Vi behövde lite mer närvaro på framsidan.
"De spelare som kom in, särskilt Lukas Jutkiewicz, gjorde extremt bra och i slutändan kunde vi ha vunnit. Vi hade goda chanser."
Matchen slutar, Barnsley 2, Birmingham City 2.
Andra halvlek, Barnsley 2, Birmingham City 2.
Foul av Jacques Maghoma (Birmingham City).
Sam Morsy (Barnsley) vinner en frispark i defensiva halvan.
Hörnet, Barnsley. Förföljd av Jonathan Grounds.
Försök blockerat. Angus MacDonald (Barnsley) huvud från mitten av rutan är blockerad. Hjälpt av Conor Hourihane.
Foul av Michael Morrison (Birmingham City).
Sam Winnall (Barnsley) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Jonathan Spector (Birmingham City).
Andy Yiadom (Barnsley) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Försök missade. David Cotterill (Birmingham City) höger fotade skott från utsidan av lådan missar till vänster från en direkt frispark.
Stephen Gleeson (Birmingham City) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Sam Morsy (Barnsley).
Sam Morsy (Barnsley) visas det gula kortet för en dålig foul.
Stephen Gleeson (Birmingham City) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Sam Morsy (Barnsley).
Försök missade. David Davis (Birmingham City) vänster fotade skott från utsidan av lådan missar till vänster efter ett hörn.
Hörnet, Birmingham City. Förföljd av Angus MacDonald.
Försök missade. Andy Yiadom (Barnsley) höger fotade skott från utanför lådan missar till vänster efter en set bit situation.
Foul av Michael Morrison (Birmingham City).
Sam Winnall (Barnsley) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Försöket räddades. Sam Morsy (Barnsley) höger fotade skott från utsidan rutan sparas i nedre vänstra hörnet. Hjälpt av Sam Winnall med ett nyckelkort.
Hörnet, Birmingham City. Fördömd av Adam Jackson.
Foul av David Davis (Birmingham City).
Marley Watkins (Barnsley) vinner en frispark i anfallshalvan.
Försök missade. David Cotterill (Birmingham City) höger fotade skott från utsidan lådan är nära, men missar till vänster från en direkt frispark.
Che Adams (Birmingham City) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Adam Jackson (Barnsley).
Hörnet, Birmingham City. Fördömd av Adam Jackson.
Hörnet, Birmingham City. Förföljd av Angus MacDonald.
Försök missade. Sam Winnall (Barnsley) huvudet från mitten av rutan missar till höger. Hjälpt av Josh Scowen med ett kors.
Hörnet, Birmingham City. Fördömd av Adam Jackson.
Stephen Gleeson (Birmingham City) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Conor Hourihane (Barnsley).
Utanför Birmingham City. Jonathan Spector försöker en genom boll, men Lukas Jutkiewicz fångas offside.
Försöket räddades. Marley Watkins (Barnsley) höger fotade skott från en svår vinkel till höger sparas i mitten av målet.
Utanför Birmingham City. David Davis försöker en genom boll, men Lukas Jutkiewicz fångas offside.
Försök missade. Angus MacDonald (Barnsley) huvudet från mitten av rutan missar till höger. Hjälpt av Conor Hourihane med ett kors efter ett hörn.
Hörnet, Barnsley. Sammankallad av Tomasz Kuszczak.
Försöket räddades. Sam Winnall (Barnsley) header från mitten av rutan sparas i den översta mitten av målet. Hjälpt av James Bree.
Birmingham City kom från två mål nere på Barnsley för att tjäna sin första poäng under Gianfranco Zola.