Shirley MacLaine groeide op in Arlington (Virginia), haar vader was een vastgoedmakelaar en muzikant, haar moeder een huisvrouw-schilder-actrice.

Ze volgde op de leeftijd van twee en een half jaar al balletlessen (!) en trad twee jaar later al op voor een publiek. Toen ze nog school liep sloot ze zich aan bij lokale toneelgroepjes, vanaf de leeftijd van 16 bracht ze haar schoolvakanties door in New York, op zoek naar werk als danseres. Nadat ze haar middelbare school had afgewerkt verhuisde ze naar de wereldstad en na heel wat pogingen om er voet aan de (entertainment) grond te krijgen vond ze aansluiting bij een koor op Broadway en was hierna te zien in heel wat Broadway-shows. Haar professioneel debuut maakte ze in de jaren '50 als danseres in een revival van Oklahoma !  Daarnaast deed ze ook modellenwerk. Haar echte doorbraak kwam er in 1954. Toen danste ze zich in de kijker in een Broadway-koortje tijdens de uitvoering van The Pajama Game. Toen Carol Haney kort na de openingsavond haar enkel brak kreeg Shirley MacLaine de kans om de hoofdrol van haar over te nemen. Ze werd tijdens een volgende vertoning ontdekt door Hal B. Wallis die haar prompt een filmcontract aanbood.

Ze maakte haar langspeelfilmdebuut met een rol in The Trouble with Harry van Alfred Hitchcock en was in haar carrière vooral te zien in komedies, drama’s en musicals. Zo was ze te zien als zonderlinge tante of als hoertje in Irma La Douce (1963) en Sweet Charity. Eén van haar beste rollen was ongetwijfeld die als Fran Kubelik, een verward liftmeisje in The Apartment van Billy Wilder.

MacLaine was onvermoeibaar in haar inzet voor liberale idealen en ook een tijd politiek geëngageerd. Zo was ze in 1968 in Californië afgevaardigde tijdens de Democratic National Convention, in 1972 voerde ze campagne voor McGovern. De actrice houdt ook van reizen en had een tijd lang acht woningen in verschillende steden verspreid over de ganse wereld.

In de jaren ’70 was ze te zien in heel wat musicalspecials op televisie. In 1971-1972 had ze haar eigen televisieserie : Shirley’s World. In 1970 bracht ze haar memoires uit onder de titel Don’t Fall off the Mountain maar dat was maar de eerste van een reeks van autobiografische boeken (zie verder).

In 1973 ging ze met een groep vrouwen op tournee op het vasteland van China wat later als basis zou dienen voor het boek You Can Get There from Here én de documentaire The Other Half of the Sky : A China Memoir, uitgebracht in 1975. Ze schreef de documentaire niet alleen, ze stond ook in voor de productie en, samen met Claudia Weill, voor de regie van de docu.

In 1975 keerde ze terug naar het toneel met een one woman show : If They Could See Me Now. Die was heel succesvol en leidde tot uitverkochte zalen in New York, Los Angeles, Las Vegas, Atlantic City en nog heel wat andere Amerikaanse steden. De show diende later als basis voor een televisieshow die met een Emmy bekroond werd. Er volgden nog twee andere tv-specials : The American Spirit en Gypsy in My Soul die ook een Emmy kreeg.

In 1984 bracht ze haar fans op Broadway opnieuw in vervoering met Shirley MacLaine on Broadway, een act die bestond uit zowel dans als zang.

Na belangrijke films als The Turning Point (1977) en Terms of Endearment (1983) volgde een jarenlange afwezigheid. In 1988 keerde MacLaine terug naar de film en speelde de titelrol van de excentrieke pianolerares in Madame Sousatzka waar ze de gedeelde prijs van Beste actrice voor won op het Filmfestival van Venetië.

Shirley MacLaine is altijd naast haar inzet voor burger- en vrouwenrechten bijzonder geïnteresseerd geweest in spiritualiteit en het geloof in reïncarnatie, twee dingen die ze zelf onderzocht en later ook neerschreef in het boek Out on a Limb (1983) maar dat was niet haar enige boek dat de vermelde onderwerpen onder de aandacht bracht. Shirley MacLaine bracht meerdere boeken uit waaronder de autobiografische Don’t Fall Off the Mountain, You Can Get There From Here (1983), Dancing in the Light, It’s All-in the Playing, Going Within, A Guide for Inner transformation, Dance While You Can en My Lucky Stars.. Out on a Limb vormde zelfs de basis voor een tv-miniserie in 1986, gevolgd door Dancing in the Light (1985), It’s All-in the Playing (1987) en Going Within (1989). Later volgde ook nog Out on a Leash, een bijzonder verhaal over haar relatie met kindervriend Terry, alsook The Camino, gebaseerd op de 30 dagen lange wandeltocht als historische pelgrimstocht van Santiago de Compostela door Noord-Spanje. In 2008 bracht ze de bestseller Sage-Ing While Age-Ing uit, gevolgd door de New York Times bestseller I’m Over All That – And Other Confessions die op 5 april 2011 in de boekenhandel lag.  Al haar boeken werden internationale bestellers.

In 1989 bracht de actrice een video(cassette) uit rond mentaal welzijn.

In 1995 was ze te zien in haar eerste televisiefilm aan de zijde van Liza Minnelli in West Side Waltz met een scenario van Ernest Thompson, gebaseerd op het succesvolle toneelstuk. Ze had verder ook nog een figurantenrolletje in de CBS-miniserie Joan of Arc en werd in 2001 vereeuwigd met drie andere filmiconen Elizabeth Taylor, Debbie Reynolds en Carrie Fisher in de ABC-komedie These Old Broads, geschreven door Carrie Fisher. In 2002 was ze te zien in de CBS-miniserie The True Story of the Salem Witch Trials. In de CBS-televisiefilm Hell on Heels : the Battle of Mary Kay was ze te zien als de beroemde cosmetica-koningin Mary Kay Alsh.

Datzelfde jaar ging ze ook op tournee met haar dans- en zangrevue Out There Tonight. Die was niet alleen uitverkocht tijdens de volledige Amerikaanse tournee, MacLaine bracht de show ook naar Japan, Australië en Engeland en er was ook een tournee van twee en een halve maand doorheen Europa. In deze periode trad ze ook op samen met Frank Sinatra, ondermeer in de Radio City Music Hall in New York en het Greek Theatre in Los Angeles.

In 1999 maakte ze haar langspeelfilmregiedebuut in de independent film Bruno met Kathy Bates, Gary Sinise, Jennifer Tilly, Brett Butler en de 10 jaar jonge Alex Linz in de titelrol.

De prijzenkast van de actrice is bijzonder goed gevuld. Zo won ze bijvoorbeeld een Oscar voor Terms of Endearment, meerdere Golden Globes waaronder die voor haar rol van pianolerares in Madame Sousatzka en die voor New Star of the Year – Actress in 1955, twee prijzen op het Filmfestival van Venetië (één ook al voor Madame Sousatzka en die voor Beste actrice voor The Apartment (ook nog bekroond door de Britse Filmacademie), twee zilveren Beren op het Filmfestival van Berlijn terwijl ze in 1999 ook een Lifetime Achievement Award won, een Gouden Beer is dat, op hetzelfde filmfestival. Voor haar rol in Irma La Douce met Jack Lemmon won ze de David Donatallo Prijs, noem het een Italiaanse Oscar, idem voor Terms of Endearment. Voor haar rol in Sweet Charity kreeg ze de prijs voor Beste actrice van de British journal Films and Filming. In de herfst van 2011 kreeg ze uit de handen van Frederic Mitterand, de toenmalige minister van cultuur en communicatie, de prijs van de Ordre national de la Légion d'honneur, de meest prestigieuze cultuurprijs in Frankrijk. Voor haar rol in de tv-film Coco Chanel werd ze genomineerd voor een Golden Globe en een SAG Award.

In 2012 kreeg ze van het American Film Institute ook al een Lifetime Achievement Award.

Haar optredens op televisie leverden haar vijf Emmy Awards op naast een aantal nominaties voor haar musical-special op tv. Voor The Shirley Maclaine Special won ze de Gouden Roos in Montreux. Ze kreeg ook een Lifetime Achievement Award van ShowEast, een toneelorganisatie die haar eerder al had gehuldigd als meest beloftevolle nieuwkomer.

Van 1954 tot 1982 was Shirley MacLaine getrouwd met Steve Parker, een producent die ook actief was op vlak van Japans entertainment. Zelf verbleef hij het meeste van zijn tijd in het Oosten waardoor hij zijn vrouw maar zelden zag. Uit hun huwelijk kwam een dochter : Stephanie Sachiko, een actrice die werkte onder de naam Sachi Parker.

Tot slot nog een wist-je-datje : Shirley MacLaine is de zus van Warren Beatty.