Duvall pasó a la fama por su papel como Wendy Torrance en El resplandor, dirigida por Stanley Kubrick y coprotagonizada por Jack Nicholson. Shelley Duvall explicó en una entrevista con la revista People en 1981 que durante el rodaje en Inglaterra, que duró 13 meses, estuvo llorando “12 horas al día”. “Nunca daré tanto otra vez. Si quieres entrar en el dolor y llamarlo arte, adelante, pero no conmigo”, afirmó entonces.

Duvall también participó en Annie Hall de Woody Allen, rodó junto a Michael Palin numerosas escenas cómicas en Los héroes del tiempo, dirigida por Terry Gilliam, y fue la compañera de Steve Martin en Roxanne. Más tarde, en 1987, lanzaría su propia productora Think Entertainment, que se especializó en entretenimiento de tipo familiar y con la que produjo varias películas para televisión