Shortland s-a născut în Temora, New South Wales. A absolvit Australian Film, Television, and Radio School, unde a primit Southern Star Award pentru cel mai promițător student.
Shortland a creat mai multe scurtmetraje premiate: Strap on Olympia (1995); Pentuphouse (1998); Flower Girl (2000); și Joy (2000).
A petrecut trei ani regizând episoade ale serialului de televiziune Network Ten, The Secret Life of Us.
În 2004, Shortland a lansat filmul său de lungmetraj de debut, Somersault (2004), care a fost inclus în secțiunea Un Certain Regard la Festivalul de Film de la Cannes din 2004. A regizat filmul de televiziune australian The Silence.
Al doilea său lungmetraj, Lore, a avut premiera australiană la Festivalul de Film de la Sydney din 2012. A câștigat la Festivalul Internațional de Film de la Locarno în august 2012, premiul Prix du Public UBS. În noiembrie, filmul a câștigat Trofeul de Bronz pentru cel mai bun film la Festivalul Internațional de Film de la Stockholm. Filmul a fost selectat ca intrare australiană pentru Oscarul pentru cel mai bun film străin la cea de-a 85-a ediție a Premiilor Academiei, dar nu a ajuns pe lista finală.
În 2015, Shortland a anunțat că lucrează la un al treilea lungmetraj, Berlin Syndrome. Bazat pe cartea cu același nume de Melanie Joosten, filmul o are în rol principal pe Teresa Palmer, care joacă o jurnalistă foto australiană ce devine închisă în apartamentul unui bărbat cu care are o aventură de o noapte. Filmul a avut premiera la Festivalul de Film Sundance din 2017.
În iulie 2018, Shortland a fost anunțată ca regizoare a filmului Black Widow din 2021 pentru Marvel Studios.
Shortland este convertită la iudaism. S-a căsătorit cu cineastul Tony Krawitz în 200