Produttiva attrice irlandese, Fiona Shaw debutta sul grande schermo negli anni '80 quand'era già una riconosciuta attrice teatrale. Laureata alla Royal Academy of Dramatic Arts. Riconosciuta internazionalmente come una presenza sul palco di grande impatto, recita per il cinema nel 1984 in Sacred Hearts, ambientato durante la Seconda Guerra mondiale, ma la si ricorda per il ruolo della terapista di cui s'innamora Christy Brown (interpretato da Daniel Day Lewis) in Il mio piede sinistro (1989). Nel 1990 appare in Le montagne della luna, e alternando con eclettismo dramma e commedia sarà anche nel divertente Tre scapoli e una bimba (1990).
Successivamente appare in film d'azione poco riusciti così come in grandi affreschi storici o letterari. E' in Londra mi fa morire (1991), interpreta la cattiva Lena in Supermario Bros, (1993) e la vediamo in Coppia d'azione (1993) e The Waste Land (1995).
Ha un ruolo di supporto in Anna Karenina (1997) e interpreta Mrs. Croft in Persuasione (1997). Ma appare anche nel ridicolo The Avangers - Agenti Speciali (1998) e in Trionfo dell'amore (1999).

La zia Petunia
Due ruoli importanti la consacrano come una grande attrice sul grande schermo, quello di Hedda Hopper in RKO 281 - La vera storia di Quarto Potere (1999) e la sua presenza in The Last September (1999).
Dal grande pubblico é tuttavia conosciuta per aver interpretato Petunia Dursley in Harry Potter e la pietra filosofale (2001). Il ruolo della zia Petunia le resterà accollato nei successivi capitoli della saga del maghetto. Nonostante l'impegno appare tuttavia anche in The Black Dahlia (2006) di Brian De Palma, Se proprio vuoi lascialo andare (2006), ne Il caso Thomas Crawford (2007) e in Dorian Gray (2009). Interpreta naturalmente zia Petunia anche nell'ultimo capitolo di Harry Potter nel 2010.

Sempre nel 2010 fa anche parte del cast di Noi credevamo, un film di Mario Martone ambientato nell'Italia dei tempi di Giuseppe Mazzini e l'anno successivo recita accanto a Brad Pitt e Sean Penn in The Tree of Life di Terrence Malick. Dopo alcuni anni di ruoli minori, nel 2018 ben tre film impegnano l'attrice: Killing Eve di Jon East, Damon Thomas e Harry Bradbeer, Lizzie di Craig William Macneill e Colette di Wash Westmoreland che esce al cinema il 6 Dicembre.