Det gör att Milan är i serieledning inför derbyt mot Inter på söndag.
Zlatan visade även bra tryck i löpsteget när han sprintade loss på vänsterkanten och passade in till Robinho som enkelt kunde göra 3-1.
Vid ställningen 1-1 i andra halvleken hade dock Palermo ett par chanser, bland annat en straffsituation, att ta ledningen. Zlatan blev sedan utbytt på tilläggstid.