Née à Londres le 15 août 1933, Barbara Shelley étudie très tôt la comédie. Sa carrière au cinéma débute en 1952, sous la direction de l'une des figures majeures de la Hammer Film Productions, Terence Fisher. Mais l'essentiel de sa carrière s'échelonne sur une quinzaine d'années, soit de 1955 à 1970.
Après avoir interprété un petit rôle dans un film de celui qui fut son professeur d'art dramatique, Terence Fisher, Mantrap, Barbara Shelley alla tourner huit films en deux ans en Italie, de 1954 à 1956. Ce fut une période qu'elle dit avoir beaucoup appréciée. À son retour au Royaume-Uni, elle joue le rôle de la femme-léopard dans Cat Girl, d'Alfred Shaughnessy (1957), remake du classique de Jacques Tourneur, Cat People (1942). Par la suite, elle obtient la vedette dans trois films qui deviendront des classiques du cinéma fantastique: Blood of the vampire (Le Sang du vampire), de Henry Cass (1958), Village of the Damned (Le Village des damnés), de Wolf Rilla (1960) et Le Spectre du chat, de John Gilling (1961).
C'est pour la maison de production britannique Hammer Film Productions que Barbara Shelley allait véritablement se faire connaître auprès des cinéphiles. Elle interpréta notamment le rôle de la possédée Carla dans The Gorgon (La Gorgone), de Terence Fisher (1964). Mais c'est avec Dracula, Prince of Darkness (Dracula, Prince des ténèbres), de Terence Fisher (1965), que Barbara Shelley connaît la consécration en tant qu'héroïne du cinéma fantastique. Il convient de préciser que son coéquipier, Christopher Lee, avait lui aussi connu la célébrité dans le rôle du célèbre vampire dans le film Horror of Dracula (1958), de Terence Fisher, au côté d'un autre grand nom de la Hammer, l'acteur britannique Peter Cushing (Dr Van Helsing). En 1967, après avoir incarné le rôle de la comtesse dans le film Rasputin, the Mad Monk (Raspoutine, le moine fou), de Donald Sharp, l'actrice britannique joue dans un autre classique de la Hammer, Quatermass and the Pit/Five Millions years to Earth (Les Monstres de l'espace).
Barbara Shelley a joué en tout dans environ trente longs-métrages et téléfilms. À la télévision, elle a participé notamment à plusieurs séries britanniques : The Saint (Le Saint, avec Roger Moore), Destination danger, Man in a suitcase (L'Homme à la valise), The Avengers (Chapeau melon et bottes de cuir), etc.
M. Francis Moury, un passionné de cinéma fantastique britannique, a écrit à propos de Barbara Shelley : « Son érotisme de la dualité, un des plus profonds et des plus subtils qui soit, conjugué à une humanité raffinée et une modestie constantes en font une comédienne discrète et professionnelle, d'autant plus attachante pour ses fans. » Maintenant à la retraite, Barbara Shelley s'occupe de décoration intérieure.