Après des études d'art dramatique, Shawn Levy s'installe à Los Angeles et joue dans de nombreuses séries télévisées parmi lesquelles Beverly Hills et 21 Jump Street. Il se lance ensuite dans la réalisation avec le court métrage Broken Record, récompensé de la Médaille d'Or au Festival de Chicago.

Après la réalisation de plusieurs épisodes de séries télévisées, Shawn Levy se fait remarquer en 2002 en réalisant la comédie familiale Méchant menteur. Un an plus tard, il dirige Brittany Murphy et Ashton Kutcher dans Pour le meilleur et pour le rire. Spécialisé dans le registre comique, il rencontre des succès publics de plus en plus conséquents : Treize à la douzaine (2003) et La Panthère Rose (2006), tous deux emmenés par Steve Martin, puis surtout La Nuit au musée (id.), avec Ben Stiller, sont des cartons au box-office.

Egalement producteur à succès (Jackpot, La Panthère Rose 2), Shawn Levy retrouve Ben Stiller en 2009 en réalisant La Nuit au musée 2. Confirmant son talent de réalisateur comique, Crazy Night remporte un succès critique et public et nous emmène dans une virée hallucinante dans les rues de Manhattan avec Tina Fey et Steve Carell. Après un détour par la science-fiction avec Real Steel porté par Hugh Jackman, il revient à son domaine de prédilection, l'humour, avec Les Stagiaires dont les rôles-titres sont assurés par Vince Vaughn et Owen Wilson.

L'année suivante, il s'attaque à un registre plus dramatique avec C'est ici que l'on se quitte, dans lequel quatre enfants, malmenés par la vie, reviennent dans la maison où ils ont passé leur enfance. Cette même année sort le troisième opus de la lucrative trilogie, La Nuit au musée : Le Secret des pharaons. Puis, le cinéaste se concentre sur le petit écran, notamment via la mise en scène de huit épisodes de la série Stranger Things et la production de plusieurs autres programmes à succès.

En 2021, Shawn Levy revient sur grand écran avec Free Guy, une comédie d'action emmenée par Ryan Reynolds qui se déroule dans le monde virtuel et déjanté d'un jeu vidéo.