Od trzeciego roku życia chodziła do szkoły tańca. W wieku 4 lat odkrył ją Charles Lamont, który był dyrektorem drugorzędnego studia Educational Pictures. Obsadził ją w serii zatytułowanej „The Baby Burlesques”. Naśladowała w nich takie gwiazdy jak np.: Marlena Dietrich. Następnie wystąpiła w kolejnej serii – „Frolics of Youth”. Potem zagrała w swoim pierwszym ważnym filmie „Stand Up and Cheer” w 1934 r. Film od razu stał się przebojem, a Shirley podpisała siedmioletni kontrakt z Fox Productions. We współpracy z wytwórnią wystąpiła w szeregu popularnych obrazów, m.in. „Mała miss Marker” (1934), „Złotowłosy brzdąc” (1935), „Mały pułkownik” (1935), „Biedna, mała dziewczynka” (1936), „Heidi” (1937), „Mała miss Broadway” (1938) i „Mała księżniczka” (1939).
W 1935 dostała Nagrodę Specjalną Akademii. Jej zarobki sięgnęły ok. 300 000 dolarów za tytuł. W filmach często bywała sierotą, odnajdującą wspaniały dom lub dzieckiem wychowywanym przez jednego rodzica, którego kojarzy z nowym partnerem. Zawsze znalazł się w nich czas na parę scenek tanecznych czy piosenek. Partnerowały jej w rolach dorosłych największe ówczesne gwiazdy, jak choćby Gary Cooper, Carole Lombard czy Victor McLaglen. Kiedy zaczęła dorastać, przeniosła się do MGM, gdzie nakręciła tylko jeden film. Następnie związała się kontraktem z Davidem O. Selznickiem i zagrała jako nastolatka w kilku jego produkcjach. Jednak żadna z nich nie odniosła większego sukcesu.
W 1945 wyszła za mąż za Johna Agara. Wystąpiła z nim w „Forcie Apaczów” w 1948. Rok później rozwiodła się z nim i poślubiła Charlesa A. Blacka. Miała dwie córki – Lindę (ur. 1948) i Lori (ur. 1954) oraz syna Charlesa (ur. 1952). W 1950 definitywnie pożegnała się z wielkim kinem i przez kilka lat poświęciła się życiu rodzinnemu. Pojawiła się jeszcze w telewizyjnej serii „Shirley Temple's Storybook” (1958–1959) i rozpoczęła karierę polityczną z ramienia Partii Republikańskiej. W 1969 r. była delegatką USA przy Zgromadzeniu Ogólnym ONZ. W 1976 w administracji prezydenta Geralda Forda otrzymała stanowisko szefowej protokołu. Przez długi czas pracowała jako ambasadorka Stanów Zjednoczonych, pełniąc tę funkcję na placówkach w Ghanie (1974–1976) i Czechosłowacji (1989–1992).
W 1977 za całokształt twórczości otrzymała nagrodę od American Center of Films for Children. W 1988 opublikowała swoją autobiografię Child Star. Shirley Temple zmarła w wieku 85 lat w swoim domu w Woodside, w otoczeniu rodziny i przyjaciół. Bezpośrednią przyczyną jej śmierci była przewlekła obturacyjna choroba płuc.