Née en 1949 à Houston, Shelley Duvall, alors vendeuse en cosmétiques, devient actrice presque par hasard, repérée lors d’une soirée pour intégrer le casting du Brewster McCloud de Robert Altman. Favorablement impressionné par cette jeune femme longiligne au physique peu ordinaire, le cinéaste la fera tourner à plusieurs reprises au cours des années 1970.

On retrouve ainsi Shelley Duvall à l’affiche de John McCabe (1971), Nous sommes tous des voleurs (1974), Nashville (1975) et Buffalo Bill et les Indiens (1976). Surtout, elle remporte en 1977 le Prix d’interprétation féminine (ex-aequo) au festival de Cannes pour son rôle dans Trois femmes. A cette date, elle n’a tourné au cinéma qu’avec un seul et même réalisateur, mais va bientôt faire une apparition chez Woody Allen, dans Annie Hall. Son rôle suivant sera aussi le plus mémorable : interprète de Wendy Torrance dans Shining, elle y frappe l’imagination des spectateurs par son visage "encauchemardé", étiré par la terreur, tandis que son personnage tente d’échapper à la folie meurtrière de Jack (Torrance/Nicholson). Le climat de tension (d’aucuns diraient harcèlement moral) semble-t-il instauré par Stanley Kubrick autour de l’actrice durant le très long tournage du film n’est sans doute pas totalement étranger à la nature de sa performance.

En 1980, Shelley Duvall retrouve une dernière fois Robert Altman pour Popeye, dans lequel elle incarne (rôle sur mesure) la filiforme Olive, avant d’aller l’année suivante tourner pour Terry Gilliam (Bandits, bandits). Malgré quelques emplois chez le tout jeune Tim Burton (dans le court métrage Frankenweenie, 1984), chez l’encore juvénile Steven Soderbergh (A fleur de peau, 1995) ou dans le Portrait de femme de Jane Campion, la suite, entre petits rôles sur grand écran et carrière télévisuelle, sera nettement plus anecdotique. Également productrice TV dans les années 1980-90, notamment de programmes destinés aux enfants, l'actrice s’est retirée depuis 2002 et une dernière apparition au cinéma, dans Manna from Heaven. Précision toujours utile, il n'existe aucun lien de parenté entre elle et Robert Duvall.