MacLaine se rodila u Richmondu u američkoj saveznoj državi Virginiji kao dijete Ira Owensa Beatya, engleskog podrijetla, i njegove supruge Kathlyn, kanadske majke irskog podrijetla. Ime Shirley je dobila po slavnoj Shirley Temple. Jako je volila balet kojeg je vježbala od svoje treće godine. Nakon završetka srednje škole, u kojoj je bila navijačica, se je preselila u New York kako bi postala glumica na Broadwayu. San joj se ostvario kada je zamijenila glumicu Carol Haney u mjuziklu “The Pajama Game”. Tijekom jedne izvedbe predstave je u publici sjedio i redatelj i producent Hal B. Wallis koji ju je primjetio te joj ponudio ugovor da postane glumica u Hollywoodu za Paramount Pictures. Kasnije ga je tužila zbog spora oko tog ugovora.
Bila je udata za biznismena Stevea Parkera do 1982. Zajedno su imali kćerku, Sachi Parker, rođenu 1956. No razvela se od njega kada je otkrila da ju je varao sa ljubavnicom, kojoj je davao njen novac. Pobornica je solipsizma te je napisala puno knjiga o tome.
