Marley Eve Shelton est née le 12 avril 1974 à Los Angeles, aux Etats-Unis.
 
Marley Shelton est la fille du réalisateur Christopher Shelton, elle a donc très tôt été baignée dans le monde du cinéma. Cependant, elle ne désirait pas en faire sa carrière, mais à force de propositions elle accepta et obtint de petits rôles dans quelques films, sans toutefois véritablement percer.
Il faudra attendre le film de Robert Rodriguez, Planète terreur, pour qu'elle obtienne un véritable rôle d'importance. Elle avait déjà joué pour le cinéaste auparavant, dans Sin City, mais son rôle y était très court. L'ancienne reine de promo joue donc dans planète terreur une anesthésiste poursuivi par son mari qui, en plus de lui en vouloir à mort, est atteint d'une mutation en faisant une créature assoiffée de sang.
 
Sur la plan sentimental, elle a eu une relation affective avec Nicholas Brendon, l'un des acteurs de la série Buffy contre les vampires.