1792. augusztus 4-én született a sussexi Field Place Horsham-ban. Gazdag arisztokrata családból származott. Apja sussexi békebíró és mint arisztokrata, felsőházi képviselő volt. 1804-10 között Etonban, majd az oxfordi University College-ban tanult. Már 1810-ben húgával közösen jelentetett meg verseskötetet, Victor és Cazire eredeti versei címen. 1811-ben Az ateizmus szükségességéről című pamfletja miatt kizárták az egyetemről. Diákkorában nagy hatással volt rá Hume, Locke és Voltaire gondolatvilága. Már ifjú korában kiállt a szegények, a kisemmizettek mellett, az utópista szocialista szervezetekben ugyan nem vett részt, de írt parasztokat és munkásokat lázító verseket. Családja felháborodva fogadta ateizmusát és lázadó hangú verseit. Shelley 1811-ben feleségül vette a tizenhat éves Harriet Westbrookot, aki egy londoni kocsmáros lánya volt. Apja a rangon aluli házasság miatt fiát rangjából és vagyonából is kitagadta. A házasságot követő évben Shelley és Harriet bejárták Angliát és Írországot. Shelley a szabadság fanatikus megszállottjaként mindenhol gyújtó hangú beszédeket mondott és röpiratokat jelentett meg. Követelte Írország függetlenségét és a katolikus emancipációt (Kiáltvány az ír néphez, 1812; Jogok deklarációja, 1812). Feleségével kezdetben boldog házasságban éltek, két lányuk született. Shelley egyre elismertebb író lett, az irodalmi körök is befogadták. 1813-ban írta meg első jelentős művét, a Mab királynő című elbeszélő költeményét. 

1814-ben ismerkedett meg nagy hatású tanítójával, William Godwin anarchista filozófussal. Az ő hatására vált Shelley ateistából deistává. Shelley és Godwin tizenhét éves lánya, Mary első látásra egymásba szerettek. Egy hónapnyi ismeretség után Svájcba szöktek. 1816-ban Shelley itt ismerkedett meg és barátokozott össze Byronnal. Felesége nem tudta elviselni férje elvesztését és 1816-ban vízbe ölte magát. Shelley és Mary hazasiettek, hogy magukhoz vegyék a két kislányt. A bíróság azonban Shelley rossz hírére hivatkozva elutasította a kérelmét, mire Shelley és Mary elrabolta a lányokat. Nem sokkal később a két kislányt, és Shelley és Mary újszülött lányát is elvitte egy járvány. 1816-tól nagyapja végrendelete szerint évjáradék illette meg, így anyagi viszonyai rendeződtek. Shelley és Mary összeházasodtak, és nem sokkal később megszületett fiuk, William. 1816 nyarát Byronnal a Genfi-tónál töltötték. Itt írta leghíresebb elbeszélő költeményét, az Alastor című lírai önvallomását, melyben saját művészi fejlődésének lélektani folyamatát ábrázolja. Ugyancsak itt írta a Himnusz az intellektuális szépséghez és a Mont Blanc című költeményét. 1818-ban Byron javaslatára Olaszországban telepedtek le. 1819-ben Rómában, 1820-ban Pisában laktak. 1819 egy viharos, őszi napján, egy Firenze közeli erdőben írta az Óda a nyugati szélhez című költeményét. Ugyancsak ebben az időben született a Julian és Maddalo című műve, melyben saját maga lelkes, és Byron kiábrándult, cinikus véleményét állítja szembe egymással. Itt kezdett Shelley drámákat írni. Drámái nem alkalmasak színpadi előadásra, leghíresebb drámái, A megszabadított Prométheusz és a Hellas elsősorban lírai-filozófiai vallomások. Az istenekkel szembeszálló titán, Prométheusz alakját Shelley az egyetemes emberi szabadságvágy szimbólumává emelte. Shelley távol szülőhazájától is nyomon követte az ottani politikai eseményeket. Mikor 1819-ben Manchester mellett a hatóságok tüntető munkásokat mészároltak le, Shelley A zűrzavar farsangja című költeményében reagált az eseményekre. Divatos műfaj volt akkoriban a középkori környezetben játszódó rémtörténet, az ún. gótikus regény. Shelley már fiatal korában megpróbálkozott a műfajjal: Zastrozzi (1810), St. Irvyne (1811). Itáliában Byronnal és Maryvel elhatározták, hogy megírják a műfaj paródiáját. Ekkor írta Mary Shelley a Frankensteint, amit tehát eredetileg paródiának szánt.

Élete utolsó hónapjait egy, a liguriai Spezia melletti tengerparti villában töltötte feleségével, Byron szomszédságában. Két barátjával 1822. július 8-án hajóútra indult, hajójuk a spezai öbölben szélviharba került, s mindnyájan a vízbe fulladtak. Temetését Byron rendezte. Az ókori szokásoknak megfelelően máglyát emeltetett a tengerparton, majd a hamvakat a tengerbe szórta. Szívét feleségének adták, aki egy selyemkendőben élete végéig magával hordta. Halála után a római református temetőben helyezték el, e szép felirattal: Cor cordium=Szívek szíve.