Vyrůstala jako nejstarší ze čtyř dětí právníka na ranči poblíž Houstonu. Navštěvovala ještě střední školu, když si jí na jednom večírku všiml režisér Robert Altman, a ačkoliv neměla žádné herecké zkušenosti, obsadil ji do své bizarní komedie Brewster McCloud. Během 70. let vstoupila do mezinárodního povědomí právě díky Altmanovým filmům, v nichž nejčastěji ztělesňovala prostoduché, potřeštěné a citově nevyrovnané dívky.

Cenou na MFF v Cannes 1977 byl odměněn její výkon v psychologickém dramatu Tři ženy, kde se skvěle zhostila role ošetřovatelky z geriatrického střediska Millie Lamoreauxové, jejíž vztah k mladší kolegyni a spolubydlící (Sissy Spaceková) prochází radikálními proměnami. Působivou kreaci předvedla rovněž v úloze Wendy Torranceové, kterou pronásleduje v opuštěném horském hotelu její šílený manžel, neúspěšný spisovatel (Jack Nicholson), ve film. adaptaci románového psychothrilleru Stephena Kinga Osvícení (r. S. Kubrick).

V komediální poloze se představila jako comicsové figurka Olive Oylová, věrná družka námořníka Pepka (Robin Williams), v muzikálovém film. zpracování kreslených příběhů 30. a 40. let Pepek námořník (r. R. Altman). Od poč. 80. let se Sh. D. věnuje především producentské činnosti; založila společnost Think Entertainment, s níž se podílela na pořadech pro kabelovou TV Faerie Tale Theatre (1982-86, Shelley Duvall's Tall Tales and Legends, Nighmare Classics, Mother Goose Rock'n'Rhyme (1990) a Bedtime Stories.