L'attrice ha riscosso grande successo di pubblico e critica con la sua premiata performance nella popolare serie La vita segreta di una teenager americana su ABC Family. Il critico del LA Times Robert Lloyd ha scritto, a proposito della sua interpretazione: "Shailene Woodley si distingue ed è straordinaria nei panni di una ragazzina in difficoltà"; mentre Ken Tucker di Entertainment Weekly ha scritto: "Shailene Woodley è accattivante: una vera Anti- Gossip Girl. Come una delle grandi attrici dei film muti, il suo volto comunica sapientemente le varie sfumature dell'angoscia e della gioia". Il magazine in seguito l'ha nominata "Breakthrough of 2008" (Migliore Scoperta del 2008), al fianco di talenti del calibro di Robert Pattinson e Kat Dennings. L'attrice ha ricevuto due nomination al Teen Choice Award nel 2009 e nel 2010, fra cui una per il Choice TV Drama Actress a cui è stata nuovamente nominata nel 2011.

Shailene Woodley ha esordito all'età di 5 anni, quando un agente ha scoperto le sue potenzialità e l'ha scritturata immediatamente. Da allora la ragazza ha sempre lavorato. Ha iniziato girando spot pubblicitari e ha ottenuto il suo primo ruolo televisivo nel film del 1999 Replacing Dad, recitando al fianco dell'attrice nominata due volte all'Oscar, Mary McDonnell. Recentemente ha interpretato la protagonista del film della Warner Bros. Felicity: An American Girl Adventure, prodotto da Elaine Goldsmith-Thomas e Julia Roberts. Il suo primo ruolo protagonista le è valso la seguente recensione: "Felicity ha rappresentato per la Woodley la possibilità di un'interpretazione esuberante: Shailene Woodley è sfrontata e appassionata, e immensamente piacevole da guardare". Il resto del lavoro televisivo della Woodley comprende ruoli fissi in Crossing Jordan (nei panni della giovane Jill Hennessy), The O.C. e Jack & Bobby (in cui interpretava la figlia di John Slattery). È inoltre apparsa nelle serie Cold Case, My Name is Earl, CSI: NY (nella parte di un'assassina dalla faccia d'angelo), e Close to Home. Ha avuto un ruolo protagonista al fianco di Ann Margaret e Matthew Settle nel TV movie A Place Called Home e ha recitato con William Mapother e Treat Williams in MOOLA. Nel 2012 arriva la grande occasione: viene scelta dal regista Alexander Payne per interpretare la ribelle Alexandra King, figlia di George Clooney, alias Matt King, nel drammatico Paradiso Amaro. Occasione che le permette poi di diventare protagonista della serie di successo tratta dalla saga di Veronica Roth The Divergent Series e di lavorare con Oliver Stone nel film Snowden (2016), biopici sull'informatico che ha svelato al mondo i programmi di sorveglianza di massa messi in atto dal governo statunitense.
Quando non è sul set, Shailene trascorre il suo tempo all'aria aperta, pensando a come poter conservare un ambiente pulito e gradevole per le generazioni a venire. Si adopera in varie organizzazioni di beneficenza a favore dei bambini, fra cui il St. Jude's Children's Research Hospital e l'Elizabeth Glaser Pediatric Aids Foundation.