Marley Eve Shelton nació el 12 de abril de 1974 en Los Ángeles, California, EE. UU.

Shelton asistió a la Universidad de California, Los Ángeles, donde se especializó en cine y teatro. Estudió con el entrenador de actuación Larry Moss y también con Robert Carnegie, mientras apoyaba su carrera a través, principalmente, de piezas pequeñas en cine y televisión a principios de la década de 1990.

Hizo su debut en la pantalla con Grand Canyon. Posteriormente, tuvo varias apariciones como invitada en episodios de programas como Todo queda en familia.

Shelton fue reconocida significativamente después de aparecer en la película de 1993 Sandlot: Nuestra pandilla, interpretando a la sexy salvavidas, Wendy Peffercorn. La película recibió comentarios mixtos de la crítica sin embargo fue un éxito de taquilla, lo que la convirtió en una cinta de culto.

En 1994, tuvo un papel secundario en Hércules en el Inframundo. Al año siguiente, interpretó un papel secundario en la aclamada película Nixon de Oliver Stone, donde interpretó a Tricia Nixon Cox, la hija mayor del ex presidente Nixon.

En 1998 aparece en la comedia de fantasía, Amores en colores, en la que interpretó a Margaret, el interés amoroso del personaje de Tobey Maguire. Después de concentrarse en realizar películas de los grandes estudios, Shelton comenzó a realizar una gran variedad de películas independientes durante la década de 2000.

En 2005 hizo una aparición breve en la secuencia de inicio de la adaptación cinematográfica de la novela gráfica Sin City de Frank Miller, realizada por Robert Rodriguez, con quién entabla una excelente relación de trabajo y posteriormente aparece en Grindhouse, la película de explotación que realizan Robert Rodríguez y Quentin Tarantino, apareciendo en ambos segmentos de la película (un cameo en el segmento de Tarantino y un papel protagónico en Rodríguez).

En 2008, Shelton es llamada por Oliver stone para una breve aparición en la película W.